Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ИЗМЕНЕНИЕ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГАЛОГЕНСЕРЕБРЯНЫХ ФОТОМАТЕРИАЛОВ В ПЕРЕМЕННОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ПРИ ДВУХИМПУЛЬСНОМ СВЕТОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Бойченко А.П. 1
1 Кубанский государственный университет
На примере однотипных галогенсеребряных фотопленок отечественного производства «Микрат-200» и «Микрат-орто» при их экспонировании парными световыми импульсами в переменном электрическом поле исследовано изменение их светочувствительности. Установлено, что поле разных частотных диапазонов оказывает различное действие на фотографический процесс, проявляющееся не только на центрах чувствительности фотоэмульсионных микрокристаллов галогенидов серебра, но и вуали. С увеличением частоты от 1 kHz до 10 kHz эффект изменения интегральной оптической плотности изображений возрастает. Для радиоимпульса длительностью 5•10–4 s с несущей частотой 77 kHz показана независимость этого эффекта от синхронизации световых вспышек с положительными или отрицательными полупериодами напряжения.
галогенсеребряный фотоматериал
светочувствительность
«Эффект Ротштейна»
переменное электрическое поле
двухимпульсное световое воздействие.
1. Бойченко А.П., Яковенко Н.А. Методика получения интегрального спектра излучения слаботочного лавинного разряда с диэлектриком на электроде // Автометрия. - 2002. - Т. 38, № 5. - С. 113-118.
2. Tomoda Y., Watanabe S. Image formation by high-voltage electric discharge // J. Soc. Photogr. Sci. - 1984. - Vol. 47, № 2. - P. 101-107.
3. Бабиков М.А., Комаров Н.С., Сергеев А.С. Техника высоких напряжений. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 670 с.
4. Бойченко А.П., Хонякин С.В. Исследование влияния составляющих излучения барьерного разряда на формирование газоразрядных изображений // Научные итоги 2011 года: достижения, проекты, гипотезы: матер. I Междунар. научно-практич. конфер. Ч. 2. (Новосибирск, 26 дек. 2011 г.) - Новосибирск, 2011. - С. 39-43.
5. Бойченко А.П., Староверов А.И. Газоразрядная неразрушающая диагностика микротрещин и коррозии в мостовых металлоконструкциях // Известия Томского политехнического университета. - 2003. - Т. 306, № 5. - С. 83-84.
6. Бойченко А.П., Гаврилин Д.А. Газоразрядная диагностика текстов на бумажных носителях // Письма в ЖТФ. - 2012. - Т. 38. - Вып. 20. - С. 57-62.
7. Дежкунова С.В., Зацепин Н.Н., Сырец О.Ф. Структура искровых каналов при разряде в узких промежутках // Вестник АН БССР. - 1988. - № 3. - С. 87-89.
8. Колюбин А.А., Лемешко Б.Д. О возможности управления чувствительностью фотографической эмульсии посредством высокочастотного электрического поля // Журн. науч. и прикладной фото- и кинематографии. - 1972. - Т. 17, № 2. - С. 54-55.
9. Мейкляр П.В. Физические процессы при образовании скрытого фотографического изображения. М.: Наука, 1972. - 400 с.
10. Бойченко А.П. Воздействие барьерного разряда лавинной формы на галогенсеребряный фотоматериал при заблокированной ионной проводимости // ФТП. - 2012. - Т. 46, № 4. - С. 525-529.
11. Микулин В.П. Фотографический рецептурный справочник. - М.: Искусство, 1969. - 319 с.
12. О природе электрочувствительности фотографических эмульсионных слоев / А.Е. Кравцов, В.И. Пипа, М.А. Резников, М.В. Фок // Журн. науч. и прикладной фото- и кинематографии. - 1977. - Т. 22, № 3. - С. 186-195.
13. Фролов Д.Р., Бойченко А.П. Воздействие импульсного магнитного поля на галогенсеребряный фотографический процесс // ЖТФ. - 2012. - Т. 82, № 4. - С. 150-152.

Создание высокочувствительных и информационно-емких регистрирующих сред для фиксации быстропротекающих процессов является одной из актуальных задач многих областей физики и техники. Еще бόльшую актуальность приобретает эта задача, когда требуется зарегистрировать сразу несколько полей и излучений различной природы. Ярким примером таких процессов являются протекающие в холодной неравновесной плазме барьерного газового разряда (БГР), возбуждаемого электрическим полем большой напряженности и сопровождающегося одновременным излучением электромагнитных и акустических колебаний в очень широком диапазоне спектра. При этом максимальная интенсивность его светового излучения и время горения составляют ≤ 10-6 J/m2 и ≤ 10-6 s [1]. Практика показала, что для фиксации газоразрядных процессов наиболее удовлетворяют вышеперечисленным требованиям фотослои на микрокристаллах (МК) галогенидов серебра (AgHal) [2, 3].

Последними исследованиями (например, в [4]) установлено, что физический процесс взаимодействия БГР с AgHal-фотоматериалами сводится к реализации «Эффекта Ротштейна», но в условиях воздействия двух и более импульсов светового излучения фиолетовой и ультрафиолетовой части электромагнитного спектра в присутствии электрического поля, преимущественно создаваемого одиночными видеоимпульсами высоковольтного напряжения. Результаты этих исследований нашли практическое применение в дефектоскопии мостовых металлоконструкций [5] и технико-криминалистическом исследовании бумажных документов [6], а также в научном исследовании внутренней структуры искровых каналов [7]. В названных работах наилучшие результаты достигнуты при возбуждении разряда переменным напряжением килогерцового диапазона и использовании AgHal-фотоматериалов светочувствительностью (СЧС) не более 5 ед. ГОСТ. Однако из большого количества работ, посвященных «Эффекту Ротштейна», имеется лишь одна [8], где при одиночной световой вспышке исследовалось действие на фототехническую пленку ФТ-СК переменного электрического поля с амплитудным значением Е = 5·106 V/m и частотой f от 20 до 200 kHz, а также 7 MHz. Поэтому в настоящей работе ставилась цель исследовать «Эффект Ротштейна» в условиях его практической реализации упомянутых работ [5-7] при двухимпульсном световом воздействии на низкочувствительные фотопленки в переменном электрическом поле менее 20 kHz и переменном импульсном более указанной величины f с амплитудным значением E в фотослое ~107 V/m.

Материалы и методы исследования

Источником экспонирующего света, моделирующим излучение БГР, выбирался светодиод, имеющий в спектре максимум с длиной волны ~4·10-7 m. Он питался от генератора импульсов Г5-63 (прибор позволяет получать на выходе как одиночные, так и парные импульсы напряжения от 0 до 100 V с регулируемыми длительностью и временным сдвигом от 10-7 s). Длительность световых вспышек составляла 5·10-5 s, а их период следования - 7·10-5 s. Выбранный диапазон соответствует не только суммарному времени горения БГР за несколько периодов изменения переменного напряжения в килогерцовом диапазоне, но и соответствует времени релаксации электрического поля в МК AgHal [9]. Контроль временны́х характеристик световых импульсов осуществлялся с помощью фотоэлектронного умножителя ФЭУ-70. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1. Здесь: 1 - латунный электрод Роговского; 2 - медная сеточка (с шагом 0,5 mm) для пропускания излучения от светодиода 3 через кварцевый оптоволоконный провод 4; фотоэмульсионный слой пленки 5 и ее полимерная подложка 6; 7 - высоковольтный генератор (позволяет получать как непрерывное, так и импульсное переменное напряжение) с емкостным делителем напряжения 8 (описан в [10]), подключенного к запоминающему двухканальному осциллографу 9 (PСS-500 фирмы «Velleman»); 10 - генератор импульсов для питания светодиода 3.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для исследования воздействия переменного электрического поля на фотографические материалы при их световом экспонировании (обозначения в тексте)

Для исследований выбирались низкочувствительные фотопленки «Микрат-200» и «Микрат-орто» (производство ОАО «Тасма», г. Казань). Причем первая фотопленка имела повышенную вуаль вследствие просроченного времени хранения в течение 25 лет, а вторая - является ее современным аналогом с улучшенными фотографическими и структурными характеристиками. При этом паспортные значения СЧС фотопленок и коэффициентов их контрастности одинаковы и составляют не менее трех единиц для обоих параметров. Каждая фотопленка экспонировалась световыми импульсами при частоте изменения поля в фотослое 1 и 10 kHz, а также при однократно прикладываемых радиоимпульсах напряжения длительностью 5·10-4 s с несущей частотой 77 kHz и экспоненциально затухающей амплитудой. В последнем случае эксперимент проводился в двух вариантах. В первом, передний фронт излучения первого светового импульса синхронизировался с максимумом амплитуды положительного полупериода высоковольтного напряжения, а во втором варианте - с его отрицательным полупериодом. При этом передний фронт второго светового импульса совпадал с десятым полупериодом той же полярности максимума амплитуды напряжения, что демонстрирует осциллограмма на рис. 2. Все описанные выше варианты экспериментов проводились в 10-кратной повторности и являлись опытными. Контрольным вариантом служили фотоматериалы, экспонированные с тем же количеством повторностей только световыми импульсами.

После химико-фотографической обработки фотопленок (они обрабатывались в проявителе СП-47 и нейтральном закрепителе [11] при температуре 23 °С) полученные на них изображения денситометрировались. Эффект изменения η их интегральной оптической плотности D (и, соответственно, СЧС) при экспонировании фотопленок парными световыми импульсами в электрическом поле осуществлялся по ранее приведенной формуле в [10]: , где D1 - интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке, экспонированной парой световых импульсов в переменном электрическом поле; D2 - интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке, экспонированной только световыми импульсами. (Значения D1 и D2 получены при вычете оптической плотности вуали). Результаты экспериментов представлены в таблице.

Рис. 2. Осциллограммы радиоимпульса напряжения (внизу) и световых импульсов (вверху), соответствующих фототоку ФЭУ. Масштаб: одна клетка по оси ординат для напряжения - 3300 V; для фототока ФЭУ - 7,5·10-6 А

Эффект изменения интегральной оптической плотности изображений на AgHal-фотоматериалах под действием переменного электрического поля в фотослое E~107 V/m и двухимпульсном световом экспонировании

Фотоматериал

f, kHz

D1

D2

η

«Микрат-200»

контроль

-

0,025 ± 0,002

-

1,0

0,013 ± 0,002

-

-0,5

10,0

0,069 ± 0,003

-

1,8

77,0

+

-

-

+

-

0,058 ± 0,003

0,060 ± 0,004

1,4

1,4

«Микрат-орто»

контроль

-

0,080 ± 0,002

-

1,0

0,032 ± 0,002

-

-0,6

10,0

0,102 ± 0,005

-

0,3

77,0

+

-

-

+

-

0,057 ± 0,002

0,058 ± 0,002

-0,3

-0,3

Экспериментальные результаты и их обсуждение

Как видно из таблицы, несмотря на идентичность фотографических характеристик исследованных фотопленок, величины интегральных оптических плотностей изображений D2 на них после светового экспонирования различаются более чем в три раза, говоря об уменьшении СЧС у «Микрат-200» в результате истекшего срока хранения. Однако наложение электрического поля различных частот меняет ситуацию. Так, при f = 1 kHz для обеих фотопленок величины эффектов η существенно не различаются, но имеют отрицательный знак, указывающий на уменьшение СЧС фотоматериалов по сравнению с исходной. Причем электрополевое воздействие проявилось незначительно больше (на 0,1 единицу η) для фотопленки «Микрат-орто». Полученный результат очень интересен тем, что в рамках «поляризационно-релаксационного механизма» [8] СЧС фотопленок вообще не должна была меняться, т.к. действие внешнего поля с данной частотой по скорости нарастания и спада его напряженности минимум на порядок меньше скорости релаксации такового в объеме фотоэмульсионных МК. Следовательно, обнаруженные изменения η однозначно говорят о течении фотографических процессов, идущих на поверхности МК AgHal, по-видимому, сходных при реализации «электротопографического эффекта» [12], на котором основана «Электрополевая фотография».

В случае изменения поля с f = 10 kHz наблюдается смена знака η на положительный. Таким образом, при данной частоте исходная СЧС исследованных фотопленок увеличивается, что подтверждает ранее полученные результаты в [8] для пленки ФТ-СК. Однако это увеличение оказывается различным для однотипных фотопленок. У «Микрат-орто» оно составляет всего 0,3 единицы, а для «состарившейся» пленки «Микрат-200» - 1,8 единиц. Полученный результат является новым и говорит о влиянии поля не только на центры СЧС в МК AgHal, но и на центры вуали, когда внешнее поле в кристаллике не скомпенсировано внутренним, что проявляется при f ≥ 10 kHz и, вероятно, двухимпульсном световом экспонировании. Следует отметить, что обнаруженное увеличение СЧС у «состарившейся» фотопленки сходно с ранее обнаруженным нами на рентгеновской фотопленке «RETINA» после действия на нее 250 импульсов магнитного поля [13]. Однако основания для утверждений идентичности физических механизмов действия переменного электрического и магнитного полей на центры СЧС и вуали в МК AgHal пока отсутствуют.

Действие на однотипные фотопленки импульса переменного электрического поля частотой 77 kHz приводит к еще бόльшим различиям изменения их СЧС. Оно выражается не только в большой разнице величин эффекта η действия поля, но и отражается на его противоположных знаках. По сравнению с предыдущим вариантом экспонирования, для пленки «Микрат-200» эффект изменения оптической плотности изображений хотя и уменьшился в ~1,3 раза, но сохранил положительный знак, тогда как для «Микрат-орто» произошла смена знака η на отрицательный и уменьшение его абсолютной величины на 0.6 единиц. Важно отметить, что синхронизация световых вспышек с положительным или отрицательным полупериодом импульса переменного напряжения не выявила каких-либо различий в изменении СЧС обоих типов фотопленок в отличие от ранее полученных результатов действия однополярных видеоимпульсов длительностью ~1,2·10-5 s [4]. Согласно [8] этот результат объясняется тем, что при постоянном времени экспонирования (в нашем случае суммарной длительности вспышек 10-4 s) и переменном напряжении действие последнего может рассматриваться как многократное импульсное поле переменной полярности, а сама экспозиция - в виде ее дробления на отдельные вспышки количеством ~15 единиц при f = 77 kHz. Таким образом, процессы формирования изображений в AgHal-фотоматериалах при каждой полярности напряжения будут интегрироваться. Очевидно, такая интеграция должна происходить вплоть до длительности вспышек, сопоставимой с длительностью полупериодов переменного напряжения и синхронизации вспышек с его разными полярностями, а при синхронизации с однополярными полупериодами - результат экспонирования AgHal-фотоматериалов должен быть идентичным их экспонированию в импульсном электрическом поле одного направления силовых линий, что требует отдельной экспериментальной проверки (ее результатам планируется посветить отдельную публикацию).

Заключение

Научно важным и практически ценным результатом проведенных исследований является обнаружение сенсибилизирующих свойств переменного электрического поля с f ≥ 10 kHz на «состарившейся» фотопленке «Микрат-200». Таким образом, наряду с химическими методами подавления вуали и повышения СЧС AgHal-фотоматериалов можно говорить о физических, что открывает путь дальнейших исследований в этом направлении. Кроме того, из полученных результатов следует, что «Эффект Ротштейна» также реализуется в переменном и переменном импульсном электрическом поле E~107 V/m различных частот, но при экспонировании AgHal-фотоматериалов парными световыми импульсами имеет ряд характерных особенностей. Это изменение (в исследованном случае уменьшение) СЧС низкочувствительных фотопленок при f = 1 kHz, когда скорость нарастания и спада напряженности внешнего поля оказывается меньше скорости его релаксации в объеме фотоэмульсионных МК; значительное повышение СЧС фотопленки с истекшим сроком хранения у «Микрат-200» по сравнению с не истекшим у «Микрат-орто» при f = 10 kHz; отсутствие каких-либо различий в действии на эти фотопленки импульсов переменного электрического поля f = 77 kHz и световых при синхронизации последних с той или иной полярностью полупериода напряжения, но с существенно различающимися величинами и знаками эффекта η.

Обнаруженные закономерности при моделировании фотографического действия БГР в переменном электрическом поле позволяют расширить его практическое использование, а также указывают на возможность изготовления специальных AgHal-фотоматериалов с управляемой СЧС по заданной программе. Вместе с тем отметим, что установленные закономерности очевидно справедливы только для двухимпульсного режима экспонирования AgHal-фотоматериалов низкой чувствительности и могут отличаться от него как для других фотоматериалов, так и при более двух импульсах светового воздействия.

Рецензенты:

  • Богатов Н.М., д.ф.-м.н., профессор, зав кафедрой физики и информационных систем Кубанского государственного университета, г. Краснодар;
  • Копытов Г.Ф., д.ф.-м.н., профессор, зав кафедрой радиофизики и нанотехнологий Кубанского государственного университета, г. Краснодар.

Работа поступила в редакцию 06.09.2012.


Библиографическая ссылка

Бойченко А.П. ИЗМЕНЕНИЕ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ГАЛОГЕНСЕРЕБРЯНЫХ ФОТОМАТЕРИАЛОВ В ПЕРЕМЕННОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ПРИ ДВУХИМПУЛЬСНОМ СВЕТОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 9-4. – С. 951-955;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30429 (дата обращения: 08.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074