Начальные процессы взаимодействия барьерного разряда с галогенсеребряными фотоматериалами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Бойченко Александр Павлович

НАЧАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА С ГАЛОГЕНСЕРЕБРЯНЫМИ ФОТОМАТЕРИАЛАМИ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

21 НОЯ 2013

Краснодар 2013

005539373

005539373

Работа выполнена на кафедре оптоэлектроники ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет»

Научный консультант: Яковенко Николай Андреевич,

доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель РФ, зав. кафедрой оптоэлектроники Кубанского государственного университета

Официальные оппоненты: Богатое Николай Маркович,

доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой физики и информационных систем Кубанского государственного университета

Богатин Александр Соломонович,

доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой общей физики Южного федерального университета

Овчинников Олег Владимирович,

доктор физико-математических наук, доцент, зав. кафедрой оптики и спектроскопии Воронежского государственного университета

Ведущая организация: Сибирский физико-технический институт

им. В.Д. Кузнецова (г. Томск)

Защита состоится «_24_» декабря 2013 г. в М часов на заседании диссертационного совета Д 212.101.07 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет» по адресу: 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет» по адресу: 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149.

Автореферат разослан « Д » ^(ЛЛ^рЛ, 2013 г. Ученый секретарь

диссертационного совета рпч/' Зарецкая Марина Валерьевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Регистрация полей и излучений различной природы является одной из актуальных задач многих областей современной физики и техники. Особую актуальность приобретает эта задача, когда требуется визуализировать быстропротекающие физические процессы, одновременно сопровождающиеся несколькими видами полей и/или излучений. Ярким примером являются процессы, протекающие при горении, взрывах, электрическом разряде в твердых, жидких или газообразных веществах. Благодаря многофакторности своего воздействия в настоящее время перечисленные процессы все чаще привлекаются для получения материалов и структур в них нанометрового масштаба с заданными свойствами. Наибольшее распространение в нанотехнологиях получили плазменные методы, особенно при напылении или травлении поверхности диэлектриков и полупроводников с помощью барьерного газового разряда (БГР). Кроме того, БГР нашел применение в плазмохимии для инициирования различных химических реакций, и прежде всего в получении озона, эксимерных лазерах, очистке сточных вод от нефтепродуктов, а также газоразрядных визуа-лизаторах инфракрасного и рентгеновского излучений, геометрических и электрических неоднородностей самих полупроводников, металлических изделий и руд металлов, полимерных и композиционных материалов, биологических объектов. В ряде прикладных и научных исследований для выявления деталей структуры БГР, его пространственных и яркостных характеристик кроме фотоэлектронных и цифровых средств регистрации информации используют галоген-серебряные (AgHal) [1] и несеребряные фотоматериалы [2, 3].

Из физики БГР известно, что в результате его горения всегда происходит изменение физико-химических свойств барьеров. В свою очередь это влияет на последующий характер течения газоразрядных процессов, т.е. имеет место взаимное влияние БГР и барьеров. Следовательно, конечный результат взаимодействия разряда с диэлектрическими или полупроводниковыми материалами определяется его начальными (стартовыми) условиями. Знание этих условий, а также первоначальных стадий процессов взаимодействия БГР с барьерами - актуальная задача использования данного вида разряда в перечисленных областях.

Получение достоверной информации о начальных процессах физико-химических изменений свойств барьеров под действием разряда возможно при условии, когда сам барьер будет выступать в роли регистрирующей среды. В силу быстротечности газоразрядных процессов (-КГ6-! О""4 s) и их реализации в электрических полях напряженностью от ~106 V/m и выше к таким средам предъявляется ряд требований: 1) обязательная необратимость физико-химических изменений в регистрирующей среде за время одиночного акта газоразрядного процесса, обеспечивающих их последующее усиление и фиксацию; 2) обязательное физико-химическое изменение в регистрирующей среде от каждой составляющей одиночного акта газоразрядного процесса (электрополевой, электромагнитной и пр.); 3) возможность непосредственного размещения средства регистрации в электрическом поле большой напряженности; 4) наличие выраженных диэлектрических и/или полупроводниковых свойств, обеспечиваю-

щих достаточную электрическую прочность регистрирующей среде за время газоразрядного процесса.

Практика показала, что в настоящее время перечисленным требованиям полностью удовлетворяют фотослои из микрокристаллов (МК) AgHal, нанесенные на диэлектрическую подложку, тогда как фотоэлектронные и цифровые средства уступают таким материалам по п. 2 и 3. Кроме того, за более 170-летнюю историю галогенсеребряной фотографии всесторонне исследованные свойства кристаллов AgHal и фоточувствительных слоев на их основе делают эти материалы модельными системами для выяснения механизмов действия на полупроводники и конденсированные среды такого специфического фактора воздействия, как БГР. Несмотря на техническую и технологическую простоту способа регистрации газоразрядных процессов с помощью AgHal-фотоматериалов, использование последних до сих пор не имеет научных основ, как и расшифровка зафиксированной на них информации, что в первую очередь связано с отсутствием знаний о физических процессах и их механизмах, протекающих в фотоэмульсионных МК AgHal под действием БГР, в том числе на начальной стадии.

Цель работы заключается в проведении комплексных исследований физических процессов взаимодействия БГР с AgHal-фотоматериалами, установлении их основных закономерностей на начальной стадии и разработке соответствующей феноменологической физико-математической модели этих процессов, а также в привлечении полученных результатов для неразрушающей газоразрядной диагностики изделий из различных материалов.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

1) исследовать физические закономерности импульсного пробоя воздуха атмосферного давления в разрядном промежутке микронной толщины как в однородном, так и неоднородном электрическом поле с AgHaI-фотоматериалом на одном и обоих электродах; при данных условиях возбуждения БГР определить его временные, экспозиционные и спектрально-оптические характеристики излучения в ближнем ультрафиолетовом (УФ) и видимом диапазонах электромагнитного спектра, а также спектра акустических колебаний (АК); с учетом химического состава основных компонентов воздушной атмосферы (азота и кислорода) и полученных экспериментальных данных по физике импульсного БГР провести количественную оценку величин числа УФ фотонов, а также скоростей их генерации одиночной электронной лавиной за время ее прохождения газоразрядного промежутка при разнополярных импульсах напряжения;

2) с использованием проявляющих растворов разнокомпонентного химического состава определить ответную реакцию различных AgHal-фотоматериалов (как стандартных, так и специально изготовленных) на минимальное газоразрядное воздействие и по величинам интегральных оптических плотностей газоразрядных изображений (ГРИ) при определенных значениях газоразрядной экспозиции (ГРЭ) оценить их газоразрядную чувствительность (ГРЧ), сопоставив ее со светочувствительностью (СЧС) этих материалов.

3) исследовать влияние импульсного электрического поля микросекундной длительности и напряженностью в AgHal-фотослое до ~107 V/m на газоразрядно-фотографический процесс, выявив возможность формирования серебряных (Ag)

центров скрытого изображения (ЦСИ) и проявляемого в МК AgHal на электрополевой стадии, т.е. до ионизации воздуха; опираясь на известные из химии магнитные и спиновые эффекты, с помощью магнитополевой обработки AgHal-фотоматериалов выявить в их МК «электрически неактивные» дефекты структуры, вовлекаемые в газоразрядно-фотографический процесс; установить влияние преобразованных импульсным магнитным полем (ИМП) центров СЧС и вуали на формирование ГРИ; исследовать совместное действие одиночного ИМП и вспышки света с излучением в ближнем УФ диапазоне, включая действие различных сенсибилизаторов из ионов лантаноидов с различным магнитным моментом;

4) путем топографического разделения скрытого ГРИ (СГРИ) на глубинную и поверхностную составляющие, влиянием на него блокираторов ионной проводимости МК AgHal, а также на специально синтезированных AgHaI-фoтocлoяx с различной эффективностью глубинных и поверхностных электронных ловушек (центров чувствительности) исследовать при разнополярных импульсах высокого напряжения характер формирования изображений БГР, в том числе при условии автоэмиссионных процессов с поверхности AgHal-фoтocлoя;

5) экспериментально смоделировать условия действия БГР на А§На1-фотоматериалы путем их экспонирования парными световыми импульсами излучения ближнего УФ диапазона, синхронизированных с одиночным импульсом электрического поля, создаваемого высоковольтным напряжением, как видео-, так и радиоформы; при данных условиях исследовать возможность реализации эффекта Ротштейна с вариацией полярности импульса, напряженности поля в фотослое и периода следования световых вспышек за время действия электрополевого импульса;

6) на основе литературных данных и полученных экспериментальных результатов по выявленным закономерностям процессов взаимодействия импульсного БГР с AgHal-фoтoмaтepиaлaми разработать их феноменологическую физико-математическую модель; с ее помощью провести численный расчет увеличения ГРИ за время действия одиночного электрополевого импульса микросекундной длительности и фотоэлектронных процессов в разноразмерных МК AgHaI как нано-, так и микрометрового масштабов; в последнем случае при различной освещенности МК оценить кинетику изменения концентраций ионов серебра, их вакансий, фотоэлектронов и фотодырок в импульсном и переменном импульсном электрическом поле;

7) используя экспериментальные результаты по взаимодействию импульсного БГР с AgHa!-фoтoмaтepиaлaми и физико-математического моделирования протекающих при этом процессов, исследовать возможность их практического применения в различных научно-технических областях: технике высоких напряжений (ТВН) и физике БГР на предмет выявления газоразрядных процессов, одновременно протекающих в каждом из слоев многослойной высоковольтной изоляции, а также для документальной фиксации внутренней структуры электронных лавин и стримеров разряда; физике ионных полупроводников на полимерной основе, для визуализации их структуры при переходе из диэлектрического в полупроводниковое состояние; неразрушающем контроле мостовых металлоконструкций для выявления различного рода дефектов, скрытых под слоями ла-

кокрасочных покрытий; технико-криминалистической экспертизе различных документов на бумажных носителях на предмет их подлинности.

Научная новизна данной работы заключается в следующем.

1. Разработана феноменологическая физико-математическая модель начальных процессов взаимодействия лавинного БГР с фотоэмульсионными МК AgHal нано- и микрометрового масштаба величинами 3-Ю"7 и КГ6 т. Из модели следует, что на электрополевой стадии под действием одиночного импульса микросекундной длительности (7-1 ОТ6 и 1.3- 10_s s) происходит только смещение ионов Ag+ и их вакансий в разные стороны кристалла. Причем наиболее эффективно этот процесс протекает для Ag+, обладающих большей подвижностью по сравнению с их вакансиями. Освещение МК AgHal, в частности от БГР, кардинально меняет ситуацию с участием всех электрически заряженных частиц, так как приводит к рекомбинации возникающих электронно-дырочных пар с ионами Ag+ и их вакансиями. Показано, что кинетика протекания этого процесса за время действия электрополевого импульса видеоформы определяется характером его нарастания и спада (длительностями переднего и заднего фронтов импульса), размерами кристалла, напряженностью поля в нем и освещенностью, а в случае действия радиоимпульса переменного электрического поля — еще частотой его изменения, интенсифицируя электронно-ионную и вакансионно-дырочную рекомбинацию и указывая на реализацию эффекта Ротштейна.

2. Установлено, что импульсное электрическое поле напряженностью в AgHal-фотослое ~107 V/m и суммарной длительностью импульсов до 1,3-КГ4 s не образует в фотоэмульсионных МК проявляемых центров электрополевого изображения (ЭПИ). Однако даже одиночный электрополевой импульс длительностью 7-10"6 s оказывает существенное влияние на газоразрядно-фотографический процесс, выражающееся в увеличении интегральной оптической плотности ГРИ. При этом выявлено отсутствие каких-либо изображений в случае автоэмиссионных процессов с поверхности AgHal-фотоматериалов, покрывающих электроды газоразрядной системы конденсатора.

3. Химическим способом разделения ГРИ на глубинную и поверхностную составляющие, а также блокировкой подвижности поверхностных ионов Ag+ в МК AgHal различных размеров и характером их сенсибилизации доказано, что при импульсах отрицательной полярности изображения БГР преимущественно формируются на поверхности МК AgHal, на этот процесс оказывает существенное влияние их поверхностная сенсибилизация, а также любые другие факторы, воздействующие на поверхность МК AgHal. При импульсах положительной полярности на формирование ГРИ кроме поверхностной сенсибилизации МК влияет еще и глубинная, поскольку в этом случае Ag центры изображений БГР создаются как на поверхности, так и в глубине фотоэмульсионных МК AgHal.

4. На разнотипных AgHal-фотоматериалах в импульсном и переменном импульсном электрическом поле доказана реализация эффекта Ротштейна при двухимпульсном световом воздействии. Выявлены отличительные черты этого эффекта от его реализации при одноимпульсном световом и электрополевом воздействии на AgHal-фотоматериалы. Экспериментально определена зависимость эффекта Ротштейна от напряженности поля в МК AgHal и полярности

создающего его напряжения, моментов возникновения (синхронизации) световых вспышек за время изменения электрополевого импульса, а также периода их следования, что согласуется с физико-математической моделью. Для переменного электрического поля частотами 1 kHz, 10 kHz и 77 kHz установлено, что с увеличением частоты, начиная с ее величины ~10 kHz, поле способно влиять не только на центры СЧС в МК AgHal, но и на центры вуали, что соответствует условию отсутствия компенсации внешнего поля в кристаллике внутренним.

5. Установлено, что в фотоэмульсионных МК AgHal существуют латентные «электрически неактивные» дефекты их структуры, участвующие в газоразряд-но-фотографическом процессе и способные к выявлению при магнитополевом воздействии. Это воздействие проявляется в преобразовании Ag центров СЧС предварительно обработанных ИМП AgHal-фотоматериалов и затем экспонированных БГР. Показано, что предварительная обработка свежеизготовленного фотоматериала серией из 250 ИМП напряженностью 0,42 Т и длительностью 0,12 s приводит к уменьшению интегральной оптической плотности ГРИ, а для «состарившейся» в течение восьми лет — к ее небольшому увеличению по сравнению с контрольным вариантом (без обработки ИМП).

6. При газоразрядной визуализации структуры полимерных полупроводников с ионной проводимостью — полимерных ионообменных мембран (ИОМ), находящихся в набухшем состоянии, у них впервые обнаружена низкоинтенсивная электролюминесценция (ЭЛ), вносящая вклад в яркость свечения БГР и непосредственно выявленная прямым фотографическим и фотоэлектронным методами. Установлена неоднородность структуры ЭЛ у ИОМ и показана зависимость ее яркостных и временных характеристик от концентрации и природы ионов, омывающих мембраны электролитов, амплитуды и длительности приложенного напряжения.

7. Продемонстрирована возможность визуализации на AgHaI-фотоматериалах внутренней структуры электронных лавин и стримеров БГР, а также на примере металлических элементов мостовых конструкций - неразрушающая диагностика скрытых под лакокрасочными покрытиями (толщиной до 3,5-Ю-4 т) дефектов — трещин, раковин и химической коррозии. Показаны преимущества AgHal-фотографирования по сравнению с ГРИ, получаемыми с помощью электролюминофоров через разрядно-оптические устройства. Проведена теоретическая оценка возможности использования БГР для диагностики различных документов на бумажных носителях при их технико-криминалистической экспертизе, получившая экспериментальное подтверждение на примере подлинных и поддельных денежных купюр различного достоинства, а также рукописных текстов с разновременно сделанными записями одними и теми же чернилами, что документально зафиксировано на AgHal-фотоматериалах при газоразрядном фотографировании (ГРФ) документов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Феноменологическая физико-математическая модель начальных процессов взаимодействия лавинного БГР с фотоэмульсионными МК AgHal нано- и микрометрового масштаба величинами 3-10" и Ю-6 ш, и следующие из нее утверждения, что на электрополевой стадии под действием одиночного импульса микросекупдной длительности (7-10"6 и 1,3-10"5 s) происходит только смещение

ионов Ag+ и их вакансий в разные стороны кристалла с наибольшей эффективностью протекания этого процесса для ионов Ag+ как обладающих большей подвижностью по сравнению с их вакансиями. При освещении МК AgHal, в частности от БГР, в кристаллах происходят кардинальные изменения с участием всех электрически заряженных частиц, приводящих к электронно-ионной и ваканси-онно-дырочной рекомбинациям. Доказательство того, что кинетика протекания этих процессов за время действия электрополевого импульса видеоформы определяется характером его нарастания и спада (длительностями переднего и заднего фронтов импульса, величинами 2,5-1 (Г6 и 4,5-Ю-6 s соответственно), размерами кристалла, напряженностью поля в нем и освещенностью, а в случае действия импульса переменного электрического поля - еще частотой его изменения, интенсифицируя электронно-ионную и вакансионно-дырочную рекомбинацию и указывая на реализацию эффекта Ротштейна.

2. Отсутствие образования в фотоэмульсионных МК AgHal проявляемых центров ЭПИ под действием только импульсного электрического поля напряженностью в AgHal-фотослое ~107 V/m и суммарной длительностью импульсов до 1,3-Ю-4 s. Доказательство того, что даже одиночный электрополевой импульс длительностью 7-1СГ6 s оказывает существенное влияние на газоразрядно-фотографический процесс, выражающееся в изменении исходной (не подвергавшейся электрополевому воздействию AgHal-фотоматериала) интегральной оптической плотности ГРИ. Причем для переменного электрического поля, начиная с его частоты —10 kHz, при двухимпульсном световом воздействии на AgHaI-фотоматериал это влияние способно распространяться не только на центры СЧС в МК AgHal, но и на центры вуали, что соответствует условию отсутствия компенсации внешнего поля в кристаллике внутренним.

3. Утверждение, что при импульсах отрицательной полярности (указанных характеристик) изображения БГР преимущественно формируются на поверхности МК AgHal и на этот процесс оказывает существенное влияние их поверхностная химическая сенсибилизация, а также любые другие факторы, воздействующие на поверхность МК AgHal (например, блокираторы ионной проводимости). При импульсах положительной полярности на формирование ГРИ кроме поверхностной сенсибилизации МК влияет еще и глубинная, поскольку в этом случае Ag центры изображений БГР создаются как на поверхности, так и в глубине фотоэмульсионных МК AgHal.

4. Доказательство реализации эффекта Ротштейна при взаимодействии БГР с разнотипными AgHal-фотоматериалами в импульсном и переменном импульсном электрическом поле (указанных характеристик) и утверждение того, что в данных условиях этот эффект может реализовываться как при одно-, так и многократном световом экспонировании, синхронно с действием одиночного электрополевого импульса, а также зависимости эффекта Ротштейна от напряженности поля в фотоэмульсионных МК AgHal, направления его силовых линий (полярности создающего поле напряжения), периода следования световых вспышек, соответствующих моментам их возникновения (синхронизации) за время изменения электрополевого импульса.

5. Существование в фотоэмульсионных МК AgHal латентных «электрически неактивных» дефектов их структуры (различных видов дефектов кристаллической решетки МК с компенсированным электрическим зарядом), участвующих в газоразрядно-фотографическом процессе и способных к выявлению при магни-тополевом воздействии, которое проявляется в преобразовании Ag центров СЧС, предварительно обработанных 250 ИМП напряженностью 0,42 Т и длительностью 0,12 s AgHal-фотоматериалов и затем экспонированных БГР, и обнаруживаемых по существенному различию интегральной оптической плотности ГРИ между свежеизготовленными и «состарившимися» в течение восьми лет фотоматериалами по сравнению с их контрольным вариантом (без обработки ИМП).

6. Открытие низкоинтенсивной ЭЛ (~10~8— Ю^5 cd/m2) у полимерных полупроводников с ионной проводимостью — полимерных ИОМ, находящихся в набухшем состоянии, при газоразрядной визуализации их структуры, а также демонстрация зависимости яркостных и временных параметров обнаруженного явления от концентрации и природы ионов, омывающих мембраны электролитов, амплитуды и длительности приложенного напряжения с помощью прямых фотографических и фотоэлектронных средств регистрации.

7. Возможность визуализации на AgHal-фотоматериалах внутренней структуры электронных лавин и стримеров БГР и неразрушающей газоразрядной диагностики скрытых под лакокрасочными покрытиями (толщиной до 3,5- Ю^т) дефектов — трещин, раковин и химической коррозии на примере металлических элементов мостовых конструкций, демонстрация преимуществ AgHal-фотографирования этих дефектов по сравнению с разрядно-оптическими изображениями, получаемыми с помощью электролюминофоров, а также возможности использования ГРФ для диагностики различных документов на бумажных носителях при их технико-криминалистической экспертизе, включая рукописные тексты с разновременно сделанными записями одними и теми же чернилами.

Практическая значимость работы определяется возможностью использования ее результатов в физике низкотемпературной плазмы, взаимодействующей с конденсированными средами различного типа проводимости при их травлении или создании разнородных структур в них нанометрового масштаба (нанотехно-логии), и ТВН при оценке срока службы высоковольтной изоляции, а также при физико-математическом описании любого газоразрядно-фотографического процесса, протекающего как в AgHal-фотоматериалах, так и несеребряных; в научной и прикладной фотографии, в частности, в фотохимической промышленности при создании специальных фотографических материалов для одновременной и непосредственной регистрации нескольких видов полей и/или излучений; в физике полупроводниковых и диэлектрических материалов для одновременного возбуждения в них различных видов люминесценции с помощью БГР как многофакторно-воздействующей системы; в неразрушающем контроле полимерных и композиционных материалов, а также различных документов на бумажных носителях при их технико-криминалистической экспертизе.

Достоверность полученных в диссертации результатов достигнута путем использования известных и широко используемых в научной фотографии, физике БГР, твердых полупроводниковых и диэлектрических материалов методов и

средств их изучения, а также приемов физико-математического описания. Результаты разработанной физико-математической модели начальных процессов взаимодействия БГР с AgHal-фотоматериалами полностью согласуются с экспериментальными и литературными данными по изучению эффекта Ротштейна на названных материалах.

Личный вклад автора состоит в выборе направления исследований, постановке цели и задач, их теоретическом и экспериментальном решении, а также в разработке феноменологической физико-математической модели процессов взаимодействия БГР с фотоэмульсионными МК AgHal. Научному консультанту принадлежат обсуждение полученных в работе результатов и консультации по композиции диссертации.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на: Кирлиановских чтениях «Кирлиан-2000» (г. Краснодар, 1998 г.), VI Международной конференции «Экология и здоровье человека. Экологическое образование. Математические модели и информационные технологии» (г. Краснодар, 2001 г.), IX Международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (г. Дубна, 2002 г.), I Всероссийской научно-практической конференции «Теория и практика газоразрядной фотографии» (г. Краснодар, 2003 г.), Международной научно-практической конференции «Процессы и явления в конденсированных средах» (г. Краснодар, 2005 г.), XII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (г. Новосибирск, 2006 г.), VIII Международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск, 2006 г.), IX Международной научной конференции «Пространство, время, тяготение» (Санкт-Петербург, 2006 г.), Всероссийской конференции «Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций» (г. Новосибирск, 2006 г.), XIII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (г. Ростов-на-Дону-Таганрог, 2007 г.), XIV Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (г. Уфа, 2008 г.), Всероссийской дистанционной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной физики» (г. Краснодар, 2008 г.), XI Международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск, 2009 г.), XVI Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (г. Волгоград, 2010 г.), XII Международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск, 2010 г.), Научно-технической конференции-семинаре по фотонике и информационной оптике НИЯУ МИФИ-2011 (г. Москва, 2011 г.), XVII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (г. Екатеринбург, 2011 г.), Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по физике (г. Владивосток, 2011 г.), XIII Международной конференции «Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» (г. Ульяновск, 2011 г.), VII Международной научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания» (г. Новосибирск, 2011 г.), VIII Международной научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания» (г. Новосибирск, 2011 г.), XIV Международной научно-практической конференции «Наука и современность-2011» (г. Новосибирск,

2011 г.), I Международной научно-практической конференции «Научные итоги 2011 года: достижения, проекты, гипотезы» (г. Новосибирск, 2011 г.), Всероссийской конференции по фотонике и информационной оптике (г. Москва, 2012 г.), XVI Международной научно-практической конференции «Наука и современ-ность-2012» (г. Новосибирск, 2012 г.), X Молодежной Международной научно-практической конференции «Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания» (г. Новосибирск, 2012 г.), Всероссийской заочной научно-практической конференции «Современные проблемы физики, биофизики и информационных технологий» (г. Краснодар, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации издано шестьдесят три работы, из них одна монография и восемнадцать статей в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Российской Федерации для опубликования результатов диссертационных исследований.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения, списка цитированной литературы, содержащей 314 наименований. Работа содержит 321 страницу основного текста, включающего 34 таблицы и 80 рисунков, и приложения - дополнительно на 8 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертационной работы обоснована актуальность темы, сформулирована цель и обозначены задачи исследований, показана научная новизна, практическое значение и выносимые на защиту основные положения, кратко описаны результаты, полученные в ходе работы.

В первой главе проведен литературный обзор по теоретическим и экспериментальным исследованиям физических процессов формирования БГР и его фотографической регистрации как на несеребряных, так и на AgHal-фотоматериалах. По его результатам показано отсутствие каких-либо научных данных как о влиянии электрогеометрических характеристик таких материалов (как барьерных композиций) на зажигание БГР, а также о влиянии электрических и энергетических характеристик разряда на изменение свойств барьеров, включая их СЧС-составляющую. Выявлено отсутствие сведений об исследовании эффекта Ротштейна при многоимпульсном световом воздействии. Кроме того, дан библиографический анализ электронных и электронно-оптических свойств кристаллов А£На1 и фотографических слоев на их основе. Приведены сведения о фотоэмиссионных свойствах кристаллов А£На1 и данные авторов по различным способам оценки электропроводности и диэлектрической проницаемости AgHal-фoтoгpaфичecкиx слоев, а также методики математического расчета напряженности электрического поля в отдельном МК А§На1-фотоэмульсии и временах образования ЦСИ, учитывающих наличие глубинных и поверхностных электронных ловушек у МК.

Во второй главе описаны экспериментальные установки и методики, с помощью которых исследовались физические закономерности импульсного пробоя воздуха атмосферного давления и постоянного химического состава в 50-микронном разрядном промежутке, образованном между одним или двумя AgHal-фoтoмaтepиaлaми на электродах Роговского. Приведены данные геомет-

рических и диэлькометрических измерений (на частоте 20 kHz) подложек и фотоэмульсионных слоев различных промышленно выпускаемых фотографических материалов, необходимых для оценки пробивных характеристик воздуха на импульсах микросекундной длительности. В результате выявлена линейная зависимость напряжения зажигания БГР Uг в воздухе при одиночных разно-полярных импульсах от электрогеометрических характеристик фотоматериала, определяемых параметром Г = d + dfz~¡ в диапазоне его значений от 27,67-Ю"6 до 53,82-Ю-6 т. Здесь dp, df, zp, s/ — соответственно толщины и диэлектрические проницаемости подложек и AgHal-фотослоев материалов. Из всего перечня последних (различных видов фотопленок и фотобумаг) наибольшее значение Г оказалось у рентгеновской фотопленки «RETINA» (52,65- W6 m), с которой проводилось наибольше количество других видов исследований и химико-фотографическая обработка в регламентированном проявителе под тем же названием. Было установлено, что при возбуждении БГР одиночным видеоимпульсом высоковольтного напряжения разряд носит многоимпульсный характер горения с длительностью импульсов от -Ю-7 до 5-10-7 s, а каждому разрядному импульсу соответствуют отдельные световые вспышки (регистрировались с помощью фотоэлектронного умножителя ФЭУ-70 через светофильтр ФС-6), но значительно большей длительности, достигающей —1,510-6 s (рис.1). В случае

Рис. 1. Серия осциллограмм напряжений пробоя воздуха атмосферного давления в системе конденсатора с фотопленкой «RETINA» на одном из электродов Роговского и соответствующие БГР осциллограммы фототока ФЭУ. Масштаб: одна клетка по оси ординат для напряжения БГР —3300 V; для фототока ФЭУ-2,5-Ю"6 А (описание в тексте)

периода следования разрядных импульсов, соизмеримых с их длительностью и менее, выявлено суммирование импульсов светового излучения (верхняя осциллограмма) и увеличение при этом их длительности и яркости (см., например, рис. 1, б), удлиняющие время горения БГР. Подробный анализ осциллограмм показал, что вспышка светового излучения возникает с запаздыванием относительно переднего фронта разрядного импульса на величину половины его длительности. Это соответствует появлению импульса света на максимуме импульса тока БГР.

Аналогичные закономерности установлены для БГР, зажигающегося в неоднородном электрическом поле. В частности, при высоковольтных импульсах длительностью т~1,3-10"5 s он также носит импульсный характер горения, которому соответствуют вспышки светового излучения. Однако роль полярности напряжения на создающем неоднородность поля электроде оказывается опреде-

ляющей пороговые величины напряжения зажигания БГР, но в воздухе пониженной влажности при ф =10%.

Кроме того, определены временные, электрические и экспозиционные характеристики разряда, спектр его акустического и электромагнитного излучения в диапазоне 0,02-44 kHz и (260-478)-10"9 m соответственно. Для спектра АК показано, что независимо от полярности прикладываемого напряжения его максимум приходится на область от 170 до 340 Hz с доминирующей линией порядка ~315 Hz. Однако при импульсах положительной полярности отмечается появление линий АК от -387 до ~570 Hz, тогда как для отрицательной такого расширения полосы не наблюдается. В исследованном диапазоне длин электромагнитных волн X. максимум спектра излучения БГР приходится на границу его фиолетового и УФ участков. Для названной области наиболее характерны максимумы (10"® ш): 260, 280, 300, 340, 360 и 400. Экспериментально установлено, что после ГРЭ при одиночных импульсах электрического поля различного направления (разно-полярные импульсы напряжения) только у фотопленки с СЧС 65 ед. ГОСТ обнаруживается почернение фотослоя (после химико-фотографической обработки), что указывает на пороговую величину ГРЧ AgHal-фотоматериалов и невозможность их экспонирования (одних и тех же фотоматериалов, расположенных на одном из электродов газоразрядной системы конденсатора) равными дозами газоразрядного воздействия при разнополярных видеоимпульсах. На основе установленных физических закономерностей развития БГР высказано предположение о реализации эффекта Ротштейна на AgHal-фотоматериалах в условиях их многократного светового экспонирования при действии одиночного электрополевого импульса.

Для БГР, возбуждаемого разнополярными импульсами в газоразрядном промежутке 5- КГ5 m с воздухом атмосферного давления, проведена теоретическая оценка величин скоростей генерации фотонов УФ диапазона электромагнитного

-1 qvg-ехр(аd )

спектра NhJe , а также их количества Nhv =—--, , не превышаю-

3vga^jnk(ldg

щих 1,34-104 phot./s и 1,27-10-5 phot, (при импульсах положительной полярности амплитудой 6,4 kV) соответственно. Здесь (е = (.'УрдЪ^) ' - время прохождения одиночной электронной лавиной газоразрядного промежутка толщиной dy и диэлектрической проницаемостью sg т 1; /Vp — концентрация молекул газа сорта

(3 при данном давлении и температуре; q = ——— — усредненное эффективное

KN,

сечение возбуждения этих молекул радиусом Гц; Dbe - вероятность преодоления электроном энергетического барьера на границе с вакуумом (газом);

1-ехр

VJ|ехр

^м^пктуф, -IV,)

— вероятность возбужде-

ния атомов (молекул) газа электронным ударом с их энергиями возбуждения Фр;

и = ^/З кТте 1 - средняя скорость теплового движения электронов;

ш; \еКЕе

и =4-- -- - дрейфовая скорость головки электронной лавины в поле

* 'Учу те

с/е2е2,(с/ „+ + ¿0 Е = -I-б-- -;; и - напряжение, приложенное к

* Кер + арг/ №герг/ + + ¿Ре/е* )

системе конденсатора; Ке = —--длина свободного пробега электронов в

1

данном газе или их смеси количеством ; М„ - масса атома (молекулы) газа;

1

а = —ехр

К

г

%

— первый коэффициент ионизации Таунсенда; к0 - коэффициент поглощения резонансных фотонов данного газа; g - плавная медленно меняющаяся функция от пути х, пройденного электроном, находящаяся в пределах 0,595<g<l.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям начальных процессов и механизмов взаимодействия БГР как со стандартными, так и специально синтезированными AgHal-фотоматериалами, МК которых содержат различное количество глубинных и поверхностных электронных ловушек различного соотношения и с различными эффективностями, уменьшающими время жизни электронов до ~10"7-10"8 s. В последнем случае фотослои изготавливались на малоактивной желатине марки «Б» со средним линейным размером МК AgBr (Cl, J) в них ~(3^t)-10"7 m. Для увеличения количества и эффективности глубинных ловушек на стадии синтеза в МК AgBr (Cl, J) вводился хлористый родий (RhCb), а для поверхностных - серноватистокислый натрий (Na2S203) или хлористое золото (АиС13). В результате было получено пять типов AgHal-фотоэмульсий, которые наносились слоем в ~5-10 6 m на одну сторону полиэтилентерефталатной подложки толщиной 1,7-10^ т, взятой от рентгеновской пленки «RETINA». Для всех типов фотоэмульсионных МК AgBr (Cl, J) время созревания составляло 1 h.

Выявление влияния импульсного электрического поля на газоразрядный фотопроцесс экспериментально осуществлялось на стандартных AgHal-фотопленках в двух вариантах: с экранировкой фотоэмульсионного слоя от поля и без экранировки. В первом варианте фотоматериал подвергался действию только светового излучения БГР, а во втором - совместно с электрическим полем. Результаты проведенных экспериментов представлены в табл. 1 на примере одиночных видеоимпульсов с т-7-10 6 s в сравнении с оптической плотностью D тех же фотоматериалов, экспонированных непосредственно БГР. Здесь D^ - оптическая плотность сенситограмм, полученных экспонированием только световым излучением БГР; - совместным

действием света БГР и поля;Ц- - интегральная оптическая плотность ГРИ.

(Относительная погрешность измерения £> во всех вариантах экспериментов не превышала 1% и получена путем вычета оптической плотности вуали £>,.,.)

Таблица 1

Результаты сопоставления светового, электрополевого и газоразрядного воздействий на AgHal-фотоматериал

Экспонируемый фотоматериал А, г hv+E DG

Полярность импульса

+ - + - + -

«ФН-64» 0,00 0,00 0,01 0,15 0,01 0,17

«ФН-100» 0,00 0,01 0,02 0,17 0,03 0,19

«ФН-200» 0,01 0,03 0,06 0,20 0,08 0,23

«RETINA» 0,25 0,56 0,32 0,87 0,35 1,08

В табл. 1 отражена значительная разница между величинами параметров А™ и A,v I е > указывающая на существенное влияние импульсного электрического поля при формировании ГРИ. В то же время величины Dhv+E и DG различаются незначительно, но в сторону, большую у последнего параметра. Вместе с тем получил подтверждение ранее обнаруженный факт порогового характера зависимости параметра DG на примере результатов экспонирования фотопленок «ФН-64» и «ФН-100». Следует особо выделить результаты, полученные с ГРЭ рентгеновской пленки. Вследствие наличия у нее двустороннего фотоэмульсионного полива один фотослой всегда имел непосредственный контакт с электродом Роговского. После ГРЭ фотопленки и ее химико-фотографической обработки на контактирующем фотослое не обнаруживалось его почернения, что указывало на отсутствие процессов распада МК AgHal с образованием проявляемых ЦСИ, как при возможной инжекции (в случае импульсов отрицательной полярности) электронов в фотослой, так и при их эмиссии (в случае импульсов положительной полярности) из фотослоя. Кроме того, на перечисленных стандартных фотоматериалах и синтезированных установлено отсутствие образования Ag центров скрытого и проявляемого ЭПИ в МК AgHal в импульсном электрическом поле напряженностью ~107 V/m и суммарной длительностью от —7-10 до - 1,3* 10 4 s, но его существенное влияние на газоразрядный фотопроцесс, что хорошо согласуется с данными работ по эффекту Ротштейна и говорит о многофакторности газоразрядного воздействия (минимум электрополевого и светового) на фотоэмульсионные МК AgHal.

При описанных условиях ГРЭ AgHal-фотоматериалов выявлена взаимосвязь между их СЧС - Shv и ГРЧ - G: с возрастанием первого параметра увеличивается и второй, что видно из рис. 2. Установленная зависимость указывает и на существенную роль светового излучения БГР в газоразрядном фотопроцессе.

lg Sfc, ед. ГОСТ

Рис. 2. Зависимость газоразрядной чувствительности стандартных фотоматериалов от их светочувствительности в двойных логарифмических координатах при одиночных видеоимпульсах положительной (1) и отрицательной (2) полярности

Параметр G оценивался как отношение D0 к HG = Q,5It2Lf2SG]:

G = Dg/Hg, (1)

где / - ток разряда; t - время его горения; SG - охватываемая разрядом площадь фотоматериала. Первые два параметра определялись осциллогра-фическим методом, а второй - геометрическими измерениями сформированного на фотоматериале ГРИ.

Путем магнитополевого воздействия на фотоматериалы установлено существование в МК AgHal латентных «электрически неактивных» дефектов их структуры, вероятно, с компенсированным электрическим зарядом, участвующих в газоразрядно-фотографическом процессе и проявляющихся в преобразовании Ag центров СЧС, предварительно обработанных ИМП AgHal-фотоматериалов и затем экспонированных БГР. Исследования данного рода проводились на рентгеновской фотопленке «RETINA», как све-

жеизготовленной, так и имеющей повышенную вуаль в результате восьмилетнего хранения.

Эффект влияния магнитополевой обработки на формирование ГРИ QG[)! оценивался по следующей формуле:

%ш = °С,~П°2, (2)

G2

где Daí - интегральная оптическая плотность ГРИ на фотопленке, предварительно обработанной в ИМП; DG2 - интегральная оптическая плотность ГРИ на фотопленке, экспонированной только разрядом. (По формулам, аналогичной (2), оценивались эффекты других факторов воздействия, описанные в работе.) Результаты этих исследований представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты различных режимов магнитополевой обработки рентгеновской фотопленки «RETINA» на формирование ГРИ

Режим обработки фотоматериала Состояние фотоматериала Ал DG 2 &GDI

Одиночный ИМП Свежеизготовленный 0,349 ± 0,004 0,352 ± 0,004 0

Состарившийся в течение восьми лет 0,277 ± 0,004 0,275 ± 0,003 0

Серия из 250 ИМП Свежеизготовленный 0,295 ± 0,003 0,352 ± 0,004 -0,162

Состарившийся в течение восьми лет 0,298 ± 0,004 0,275 ± 0,003 0,084

По табл. 2 видна ранее установленная в [4] закономерность: предварительная обработка свежеизготовленной фотопленки серией из 250 ИМП напряженностью 0,42 Т и длительностью 0,12 з по сравнению с контрольным вариантом приводит к уменьшению интегральной оптической плотности ГРИ, т.е. к «отрицательному» фотографическому эффекту его действия при формировании изображений, а для состарившихся - к небольшому «положительному». При этом обработка одиночным ИМП не оказала какого-либо действия на дальнейший фотографический процесс. Полученные результаты свидетельствуют о том, что те или иные режимы использования магнитных полей в AgHal-фoтoгpaфичecкoм процессе запускают принципиально различные механизмы его протекания, что имеет большой практический интерес, открывающий перспективу управления СЧС фотоматериалов к магнитным полям по заданной программе. Поэтому дальнейшие исследования в этом направлении побудили выяснить вопрос о совместном влиянии на А§На1-фотопроцесс ИМП, синхронизированного со световой вспышкой, а также эффективности протекания этого процесса ионов некоторых химических элементов, обладающих значительным магнитным моментом Мв.

Исследования первого рода проводились на AgHal-фотопленках отечественного и зарубежного производства с различным средним диаметром jlt в них МК AgHal: рентгеновские «RETINA», «PRIMAX» и «Agfa»; для любительской фотографии «НР5 PLUS» и для микрофильмирования -«Микрат-орто». Последняя фотопленка исследовалась как с ее оптическим сенсибилизатором (ОС), так и отмытой от него. Экспонирование каждого фотоматериала осуществлялось в двух вариантах: одиночной световой вспышкой с ИМИ и без поля. Первый вариант являлся опытным, а второй — контрольным. После этого проводилась их химико-фотографическая обработка по режимам, регламентированным фирмами-производителями. Эффект влияния ИМП & на фотографический процесс оценивался по формуле (2), где D¡ — интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке, экспонированной одиночной вспышкой света и ИМП; D2 — интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке, экспонированной только одиночной вспышкой света. Результаты проведенных исследований представлены в табл. 3 с ориентировочными значениями .

Таблица 3

Эффект воздействия на различные фотоматериалы одиночного ИМП, синхронизированного со световой вспышкой

Фотоматериал ÍVlO-\m А А 9

«НР5 PLUS» -1,710 0,457 ±0,011 0,403 ±0,010 0,134

«RETINA» 1,090-1,500 0,261 ±0,006 0,168 ±0,005 0,553

«PRIMAX» 0,208 ± 0,005 0,193 ±0,005 0,077

«Agfa» 0,212 ±0,005 0,159 ±0,004 0,333

«Микрат-орто» 0,065 0,042 ±0,001 0,047 ±0,001 -0,106

«Микрат-орто» (без ОС) 0,109 ±0,002 0,038 ±0,001 1,919

По табл. 3 видна хорошо известная из физики фотографического процесса закономерность: с увеличением (Т^. МК AgHal растет их СЧС, что в нашем случае следует из параметра Ог. Данные табл. 3 также показывают, что почти на всех исследованных AgHal-фoтoплeнкax одиночный ИМП указанных характеристик увеличивает на них интегральную оптическую плотность световых изображений (Ц). Подобно электрическому полю, оно оказывает сенсибилизирующее действие на фотоматериалы. Однако имеется и отличительная черта, выявленная на фотопленке «Микрат-орто». При наличии ОС формируемое на ней оптическое изображение ослабляется ИМП, а при отмытом сенсибилизаторе эффект 9 оказывается превосходящим все исследованные фотопленки. Полученные результаты показывают, что механизмы действия ИМП на AgHal-фoтoмaтepиaлы до их экспонирования светом и во время него, отличаются друг от друга, как и предварительная магнитополевая обработка.

Для исследований второго рода выбирались ионы некоторых лантаноидов (Ьп3+): Се3+, Ш3+, Ос13+, Оу3+, Еи3+ и Но3+. В их водные 3% растворы хлористых и азотнокислых солей на 1 Ь погружалась негативная черно-белая фотопленка «Микрат-орто», предварительно отмытая от ОС, после чего образцы фотопленок высушивались при 303 К и делились на два варианта по четыре повторно-сти в каждом. Первый вариант экспонировался только одиночной вспышкой света, а второй — при ее синхронизации с одиночным ИМП. Химико-фотографическая обработка фотопленок велась по стандартной технологии. Эффект влияния ионов Ьп3+ оценивался по формуле (2), где - интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке, сенсибилизированной ионами Ьп3+ в условиях действия только светового импульса; £>и+,„,+я — интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке, сенсибилизированной ионами Ьп3+ в условиях действия вспышки света и ИМП; — интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке без ионов Ьп3+ в условиях действия только вспышки света; /)Н+Лу — интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке без ионов Ьп3+ в условиях действия вспышки света и ИМП. Результаты проведенных расчетов Э представлены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты оценок параметра Э в условиях сенсибилизации А$На1-фотопленки «Микрат-орто» ионами Ьп3+ и действия на нее ИМП

м„-ю-2\зл: ■^Ьп+М ^Ьп+М+Я ^Ьп+Ау+Я

Контроль 0,115 ±0,002 - 0,216 ±0,004 -

Сс" 2,51 0,764 ±0,015 5,643 0,441 ±0,008 1,041

3,61 0,098 ±0,001 -0,148 0,115 ±0,002 -0,467

Еи')+ 3,62 0,140 ±0,003 0,217 0,184 ±0,003 -0,148

7,84 0,168 ±0,003 0,461 0,198 ±0,003 -0,083

Оу- 10,59 0,093 ± 0,002 -0,191 0,034 ±0,001 -0,842

Но>+ 10,50 0,150 ±0,003 0,304 0,226 ± 0,003 0,046

В табл. 4 видны существенные различия вариантов проведенных исследований. Прежде всего, это касается фотопленки, не сенсибилизированной ионами Ьп3+ (контроль), что говорит о собственной СЧС МК А£11а1 к действию ИМП. Полученная в нем О изображений почти в 2 раза превышает тот же параметр для пленки, экспонированной только световой вспышкой. Наличие ионов Ьп3+ кардинально меняет ситуацию. Положительный эффект их сенсибилизирующего действия наблюдается почти для всех ионов Ьп3+ (исключение составили ионы Ш3+ и Оу3+), а максимальный — для ионов Се3+. Наложение ИМП приводит к противоположному, десенсибилизирующему действию. Для Се3+ и Но3+ этот эффект хотя и остался положительным, но в среднем уменьшился в 6 раз, из чего следует, что само по себе ИМП оказывает десенсибилизирующее действие на МК А£На1, содержащих ионы исследованных лантаноидов. Кроме того, полученные данные показали отсутствие прямо пропорциональной зависимости величин Мв ионов Ьп3+ на AgHal-фoтoгpaфичecкий процесс в ИМП.

Химическим способом разделения ГРИ на глубинную и поверхностную составляющие, а также блокировкой подвижности поверхностных ионов Ag+ в МК AgHal различного размера и характера их сенсибилизации выявлена топография формирования СГРИ. Образцы фотопленок исследовались в двух вариантах. В первом они экспонировались только световым излучением лавинного БГР, являясь контролем, а во втором - непосредственно БГР, возбуждаемого в однородном поле импульсами как положительной, так и отрицательной полярности с длительностью -7-1s. Напряженность поля в фотослоях материалов Ef составляла -10' V/m. В каждом варианте эксперимента фотопленки делились на две партии. Одна перед проявлением обрабатывалась 300 s в отбеливающем растворе с K3[Fe(CN)6] (красная кровяная соль), что уничтожало поверхностное ГРИ, а затем обе партии — в глубинном проявителе, содержащем Na^S-O^, в течение того же времени. Газоразрядные сенситограммы на фотопленках, полученные после их обработки только в глубинном проявителе, соответствовали как глубинному, так и поверхностному изображению, после отбелки и проявления - только глубинному. Результаты проведенного эксперимента представлены в табл. 5, где Dhv — оптическая плотность изображения, сформированная только световым излучением БГР, а DCj — БГР.

Таблица 5

Результаты светового и газоразрядного экспонирования AgHal-фoтoмaтepиaлoв и топографического исследования сформированных на них изображений БГР

Av Do

Фотоматериал Без отбелки С отбелкой Без отбелки С отбелкой

или его тип Полярность импульса

+ - + - + - + -

«ФН-64» 0,00 0,00 - - 0,01 0,16 0,00 0,00

«ФН-100» 0,00 0,01 - 0,00 0,03 0.20 0,01 0,00

«ФН-200» 0,01 0,02 0,00 0,00 0,10 0,23 0,03 0,00

«RETINA» 0,21 0,48 0,04 0,10 0,33 0,87 0,12 0,00

1 0,00 0,00 - - 0,00 0,00 - -

2 0,00 0,00 - - 0,00 0,01 - 0,00

3 0,03 0,06 0,00 0,01 0,22 0,56 0,01 0,00

4 0,01 0,02 0,00 0,00 0,09 0,20 0,04 0,00

5 0,05 0,09 0,01 0,02 0,29 0,57 0,03 0,00

Из данных табл. 5 следует, что изображение, сформированное световым излучением лавинного БГР, локализуется преимущественно на поверхности МК AgHal и только для рентгеновской пленки «RETINA» и пленок 3-го и 5-го типов, отмечается его некоторая локализация в глубине кристаллов. Это, во-первых, указывает на то, что фотонное излучение БГР лежит в коротковолновой области спектра (на границе его фиолетового и УФ участков), сильно поглощаясь поверхностным слоем МК AgHal. Во-вторых, го-

ворит о влиянии размеров кристаллов и характера их химической сенсибилизации на процессы формирования скрытого светового изображения.

В случае газоразрядного воздействия картина наблюдаемых процессов формирования СГРИ усложняется и оказывается зависящей от полярности приложенного напряжения. Как видно из табл. 5, в случае импульсов отрицательной полярности ГРИ вообще не формируется в глубине МК (плотность почернения на уровне вуали), независимо от типа использованного фотоматериала, тогда как глубинное «положительное», составляет заметную долю от полного. Причем в последнем случае на характер формирования изображения влияет как поверхностная, так и глубинная химическая сенсибилизация кристаллов. Здесь есть одна особенность: если эффективность поверхностных электронных ловушек оказывается больше глубинных, то при неизменных размерах кристаллов число центров СГРИ в глубине их уменьшается и изображение локализуется в основном на поверхности МК, что хорошо видно на примере пленки 3-го типа.

Блокировка подвижности Ag+ на поверхности МК AgHal осуществлялась с помощью одного из эффективных комплексообразователей названных ионов - 1-фенил-5-меркаптотетразола (ФМТ). Исследования проводились на рентгеновской фотопленке «RETINA» как проявляющей наибольшую ГРЧ, а также на синтезированных AgBr(CI,J)M]>0T0пленках 5-го типа. Каждая из фотопленок делилась на два варианта. В первом, опытном, варианте фотопленки обрабатывались 0,05% раствором ФМТ в течение 600 s, а во втором, контрольном, — не подвергались такой обработке. После этого каждый из вариантов фотопленки, одновременно расположенной на двух электродах Роговского конденсаторной системы газоразрядной камеры, по отдельности экспонировался в десятикратной повторности лавинным БГР, возбуждаемым в воздухе атмосферного давления одиночными видеоимпульсами колоколообразной формы с x-l-KT6 s при величине газоразрядного промежутка 5-10~5 ш. Напряженность электрического поля в AgHal-фотослоях исследованных фотопленок не превышала 4,3-107 V/m. После ГРЭ и химико-фотографической обработки фотоматериалов в уже упомянутом проявителе для фотопленки «RETINA» проводилась денситометрия ГРИ. Эффект влияния блокиратора ионной проводимости МК - ФМТ &fMr на их формирование оценивался по (2), где Dg - интегральная оптическая плотность ГРИ на фотопленке, не обработанной ФМТ; D¡UT — интегральная оптическая плотность ГРИ на фотопленке, обработанной этим веществом. Результаты оценок Da, DFMT и 9 ,,мг с величинами U2 и I при разно-полярных видеоимпульсах высоковольтного напряжения сведены в табл. 6.

Анализ значений U. и t показывает идентичность условий ГРЭ фотоматериалов. Однако реакция их полупроводниковой компоненты МК AgHal на полярность напряжения, приложенного к электродам, оказывается неодина-

ковой, что видно из £>с. Этот параметр при импульсах отрицательной полярности в -1,04 раза больше Оп изображений, сформированных при импульсах положительной, что указывает на различие протекающих процессов

Таблица 6

Эффект влияния ФМТ на формирование газоразрядных изображений при одновременном расположении фотоматериалов на двух электродах Роговского при одиночных видеоимпульсах высоковольтного напряжения

Фотоматериал Полярность M0"6,s Da DfMT ^ FMT

«RETINA» + 9685±842 1,18±0,02 1,386±0,027 1,219±0,024 0,137

- 1,453±0,030 0,909±0,018 0,598

Rh3+/Au3+ + 9628±847 1,22±0,03 0,255±0,004 0,222±0,005 0,149

- 0,267±0,005 0,163±0,003 0,638

в фотоэмульсионных МК, находящихся под напряжением разной полярности, т.е. различными направлениями электрического поля. Фотоматериалы, обработанные ФМТ, дают противоположный эффект. Существенное изменение DfMj наблюдается у фотопленок, находящихся на электроде под отрицательным потенциалом и незначительное - под положительным. Однако, как видно из табл. 6, во всех случаях оптическая плотность изображений на обработанных ФМТ фотопленках оказывается ниже значений этого параметра для необработанных. Следовательно, ГРЧ исследованных фотоматериалов к лавинному БГР при импульсах отрицательной полярности превосходит этот параметр при импульсах положительной и в обоих случаях падает при уменьшении подвижности ионов Ag+, созданной путем обработки фотослоев эффективными комплексообразователями данных ионов. Установленный факт однозначно показывает определяющую роль не только электронной, но и ионной стадии процессов на поверхности МК AgHal при формировании ГРИ и существенное влияние на них блокираторов ионной проводимости, в частности, таких как ФМТ.

Экспериментальное моделирование взаимодействия БГР с AgHal-фотоматериалами и возможность выявления эффекта Ротштейна осуществлялись на рентгеновских пленках «RETINA» и «PRIMAX». Они подвергались двухимпульсному световому воздействию синхронно с приложением к фотоматериалу одиночного колоколообразного импульса электрического поля т~1,3-10~5 s с напряженностями в фотослое Ef: -6-106 и ~1,5-107 V/m.

Длительность световых вспышек тЛу фиксировалась на величине —1,5-Ю-6 s. При каждой напряженности поля эксперимент проводился в двух вариантах. В первом период следования световых импульсов Т^ фиксировался на величине их длительности 1,5-Ю-6 s, и пачкой импульсов сканировалось три участка импульса поля: а) на уровне 0,4 E¡ его переднего фронта; б) в

максимуме напряженности £тал; в) на уровне 0,5 Е2 заднего фронта электрополевого импульса. Во втором варианте эксперимента передний фронт первого светового импульса фиксировался на уровне 0,4 переднего фронта импульса электрического поля, а максимум излучения второго светового импульса синхронизировался с максимумом поля Етах и затем на уровне 0,5 Ег его заднего фронта. В этом случае Thv световых импульсов соответствовал 3,3-Ю"6 и 7,2-Ю-6 s.

После химико-фотографической обработки фотопленок (они обрабатывались в проявителе «СП-47» и нейтральном закрепителе при температуре 296 К) полученные на них изображения денситометрировались. Оценка эффекта изменения 9 их интегральной оптической плотности (и соответственно СЧС) при экспонирований фотопленок парными световыми импульсами в электрическом поле осуществлялась по формуле (2), где D2l!V+E -интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке, экспонированной парой световых импульсов в электрическом поле; D1Mv — интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке, экспонированной только световыми импульсами. Результаты эксперимента представлены в табл. 7 и 8, в которых значения D2hv соответствуют условию Ef = 0, а

D2¡iv+e — всем остальным вариантам воздействия электрического поля.

Из табл. 7 и 8 видно, что при описанных условиях экспонирования AgHal-фотопленок реакция их фоточувствительной компоненты при различных моментах синхронизации световых импульсов с импульсом поля не только оказывается неодинаковой, но и в большинстве полученных результатов имеет прямо противоположные эффекты 9. Особенно отчетливо она видна при сравнении изображений, полученных только световыми импульсами с разными периодами следования и в присутствии электрического поля. Важно отметить, что без электрополевого воздействия (условие Ef = 0) в исследованном диапазоне значений Ты этих вспышек интегральная оптическая плотность изображений не меняется. Согласно [5] этот результат говорит о том, что в указанном диапазоне периода следования импульсов света его фотографическое действие находится за «критической частотой», т.е. не зависит от rAv. Наложение электрического поля на экспонируемый светом AgHal-фотоматериал лишает его этой независимости, причем по-разному для разных фотоматериалов и условий их экспонирования. Отметим, что обнаружение новых эффектов изменения СЧС рентгеновских фотопленок при их экспонировании парными световыми импульсами в электрическом поле напряженностью до 1,5-107 V/m выходит за рамки ранее высказанных утверждений о том, что для крупнозернистых AgHal-фотоматериалов (к которым относятся исследованные фотопленки «RETINA» и «PRIMAX») в диапазоне Ef от 0 до

107 V/m их СЧС только понижается [6].

Таблица 7

Эффект влияния парных световых импульсов с фиксированным периодом следования 7\ = 1,5-Ю-6 б на интегральную оптическую плотность изображений у рентгеновских

фотопленок «RETINA» и «PRIMAX» в импульсном электрическом поле

Вариант «RETINA»

£/ =0 0,4£, 9 ^гпах 9 0,5£2 9

Ef~6 106,V /ш Полярность + 0,124±0,006 0,198±0,009 0,6 0,152±0,008 0,2 0,194±0,010 0,5

- 0,240±0,012 0,9 0,150±0,008 0,2 0,245±0,013 0,9

£/~l,5-107, V/m + 0,127±0,007 0 0,085±0,003 -0,3 0,117±0,006 0

- 0,133±0,007 0 0,094±0,004 -0,2 0,127±0,007 0

Вариант «PRIMAX»

Ef~6-1 о6, V/m Полярность + 0,033+0,002 0,036±0,002 0 0,008±0,001 -0,7 0,029±0,004 0

- 0,042±0,002 0,3 0,016±0,001 -0,5 0,029±0,003 0

£/-1,5-1 о7. V/m + 0,063±0,005 0,9 0,051 ±0,003 0,5 0,070±0,006 1,1

- 0,053±0,005 0,6 0,041 ±0,003 0,2 0,065±0,007 0,9

Таблица 8

Эффект влияния парных световых импульсов с изменяющимся периодом следования на интегральную оптическую плотность изображений у рентгеновских фотопленок «RETINA» и «PRIMAX» в импульсном электрическом поле

Полярность V/m «RETINA» «PRIMAX»

Т = 1 hv = 3,3-10"6 s 9 Т = 1 Av = 7,2-10"6 s 9 Т»- = 3,3-Ю"6 s 9 Т = 1 hv = 7,2-10"6 s 9

0 0,123±0,006 - 0,129±0,005 - 0,033±0,002 - 0,034±0,003 -

+ 6-Ю6 0,254±0,013 1,0 0,146±0,006 0,1 0,012±0,001 -0,6 0,019±0,002 г-0,4

- 0,195±0,010 0,6 0,133±0,006 0 0,020±0,002 -0,4 0,018±0,002 -0,4

+ 1,5-107 0,177±0,008 0,4 0,144±0,007 0,1 0,040±0,003 0,2 0,060±0,005 0,8

- 0,215±0,010 0,7 0,148±0,007 0,1 0,060±0,005 0,8 0,059±0,004 0,8

Кроме описанных экспериментов по выявлению эффекта Ротштейна при двухимпульсном световом экспонировании AgHal-фотоматериалов представляет интерес возможность его реализации в переменном электрическом поле различного частотного диапазона. Выявление эффекта осуществлялось на низкочувствительных AgHal-фотопленках для микрофильмирования при двухимпульсном световом воздействии в переменном электрическом поле менее 20 kHz и переменном импульсном более указанной величины / с амплитудным значением Ef~ 107 V/m. При этом 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 ки-логерцовом диапазоне, но и соответствует времени релаксации электрического поля в МК AgHal. Для исследований выбирались фотопленки «Мик-рат-200» и «Микрат-орто». Причем первая фотопленка имела повышенную

вуаль вследствие просроченного времени хранения в течение 25 лет, а вторая представляла ее современный аналог с улучшенными фотографическими и структурными характеристиками. При этом паспортные значения СЧС фотопленок и коэффициентов их контрастности были одинаковы и составляли 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-Ю-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. Эффект изменения 9 интегральной оптической плотности изображений при экспонировании фотопленок парными световыми импульсами в электрическом поле осуществлялся по формуле (2), где D2hvtl,f — интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке, экспонированной парой световых импульсов в переменном электрическом поле; D2hv — интегральная оптическая плотность изображения на фотопленке, экспонированной только световыми импульсами. Результаты экспериментов представлены в табл. 9, из которой видно,

Таблица 9

Эффект изменения интегральной оптической плотности изображений на AgHal-фотоматериалах под действием переменного электрического поля

в фотослое Ef -10 V/m и двухимпульсном световом экспонировании

Фотоматериал /, kHz Aav+Ä/ D2I,V Э

«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 + - - + -

0,05 8±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

что несмотря на идентичность фотографических характеристик исследованных фотопленок, величины интегральных оптических плотностей изображений П1Ы на них после светового экспонирования различаются более чем в три раза. Это говорит об уменьшении СЧС у «Микрат-200» в результате

истекшего срока хранения. Однако наложение электрического поля различных частот меняет ситуацию. Так, при / = 1 kHz для обеих фотопленок величины эффектов 9 существенно не различаются, но имеют отрицательный знак, указывающий на уменьшение СЧС фотоматериалов по сравнению с исходной. Полученный результат очень интересен тем, что в рамках поля-ризационно-релаксационного механизма [7] СЧС фотопленок вообще не должна была меняться, так как 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 9 однозначно говорят о течении фотографических процессов, идущих на поверхности МК AgHal.

В случае изменения поля с / = 10 kHz наблюдается смена знака 9 на положительный. Таким образом, при данной частоте исходная СЧС исследованных фотопленок увеличивается. 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 единицы. 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 />10 kHz и, вероятно, двухимпульсном световом экспонировании. Действие на однотипные фотопленки импульса переменного электрического поля частотой 77 kHz приводит к еще большим различиям в изменении их СЧС. Оно выражается в большой разнице величин эффекта 9 действия поля и в 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 9 на отрицательный и уменьшение его абсолютной величины на 0,6 единицы. Важно отметить, что синхронизация световых вспышек с положительным или отрицательным полупериодом импульса переменного напряжения не выявила каких-либо различий в изменении СЧС обоих типов фотопленки.

В четвертой главе на основе экспериментальных данных по импульсному пробою воздуха атмосферного давления в газоразрядном промежутке с AgHal-фотоматериалом на одном из электродов разработана феноменологическая физико-математическая модель начальных процессов взаимодействия БГР с его МК. Для этого решалась система одномерных кинетических уравнений непрерывности для концентраций катионов серебра Ag nAg, катионных вакансий пу, фотоэлектронов пе и фотодырок nh совместно с уравнением для напряженности электрического поля, непосредственно создаваемого в МК AgHal Ек реальных фотографических эмульсий, предложенного в [8] и справедливого при -с <ik:

дп**= д 81 дх дпу __ 8 81 ~ &с_

8пе _ д 5/ дх

І + (3)

их J

ЕлЕ

кО

ох J Є4Є0

кЬ О

<Н=_д_

81 дх

дп.

Фе

дх " *[] / £,Е0 " Є^Е

"л;

Ек=3и

2 + — I ¿г + с1 —

М"

(4)

(5)

(6)

(7)

где

Ом = 0,33и^ ехр(- 1Ук[кТ]% Оу = 0,33 и,^ ехр(- 1Ук[кТ]%

йе = 0,33ие4ехр(- 1¥к[кту); я = о,зз»л ехР(-(фг]"');

е7уй., еД. еЦ, +

= —; = —-; Ил = т^г ~ диффузии и подвижности катионов Ае , кТ кТ кТ

катионных вакансий V', фотоэлектронов и фотодырок в МК AgHaI соответственно с характерными длинами ^ ={п0А У"3для Ag+ и вакансий

Ц, = (иок) 1/3, а также эффективных длин пробега фотоэлектронов в МК

соответственно; тк — время ионной

гкЕ0кТ

и фотодырок Ьк

екг0кТ

релаксации МК проницаемостью гк; , 7,,, '/е и 7к - кратности зарядов Ag+, К", электронных и дырочных ловушек, равных единице; пНЛк - начальная концентрация ионов Ag+, равновесно образующихся с катионными вакансиями V концентрацией пт,, т.е. пОАг(х,0) = пОУ{х,0) = п1Т, где

гг .з г к \

—ак ехрі--і- І -

■ • концентрация дефектов Френкеля и энергия их I гле У ¿кТ )

образования 1Уе = 1,7-10~19 -1,09- 10~'8АТ в МК А§На1 линейным размером (диаметром) г; vЛg=^JзкТт^, иг = -^ЪкТту , о, = ^ЪкТши

иА = ^ЗкТт^' - скорости теплового движения ионов Ag+, V, электронов и дырок (с их эффективными массами т,е и тн) соответственно;

гкг 0кТ

■ дебаевский радиус; 1Ук -

4пеке0а„

- потенци-

альная энергия взаимодействия ионов кристаллической решетки AgBr с постоянной Маделунга ам = 1,7476 и коэффициентом поглощения фотонов

А" = 10б пГ1; п0е -пш =т|Л'Лу(1-ехр[-&1)(К/е)"1- начальные концентрации фотоэлектронов и фотодырок в МК AgHal единичным объемом V = 1 ш3, сгенерированные световыми фотонами лавин БГР количеством Nllv за время ; т) » 1 - квантовый выход фотоэффекта; х и / - текущие координата и время.

Математические зависимости 17(т) для импульсов видео- и радиоформы приведены далее:

и = ио- ехр| -— |+ехр( - —

))

((т + т,К'

и = NVz ■ и0 ехр(-рт.„)зт 2Я/Г2Й ; II = 110 бш 2л/тя,

;(8)

(9) (10)

где 11„ - начальное напряжение на электродах; /V,, = 10,49 - поправочный коэффициент при длительностях переднего т, = 2,5-10"6 б и заднего фронтов т2 = 4,5-Ю-6 э видеоимпульса соответственно; (3 = 10500 - коэффициент затухания радиоимпульса с его поправочным коэффициентом Ми: = =1,04; т2Я = 1,5-10~4 в-его длительность; тя = 2-10~4 б - длительность незатухающего радиоимпульса напряжения. Остальные обозначения соответствуют ранее описанным. На основании изложенного были определены следующие граничные условия задачи:

^еЛ**-']

пАЛ0,1) = пОАехр

"Л1

пг{0,0 = пКУ ехр

иДО,О = и0«ехР

"„( 0.0 = «„/, ехр

И

Ля

дпАг(г,0 _ п1Ыр]х

дг

В

У-уЕЛ \ дпу(г,г)

А- / дг Бу

цА4 \ дп,(г,1) _ Пое11Л ехр(н,Р;'^К-г]).

О. / дг и,

\1„ЕкЬЛ дп„(г,о ппк\у„Ек ехр-г|)

д.

дг

Л.

(И) (12)

(13)

(14)

Для рационального решения системы (3)-<7) с начальными и граничными условиями (11Н14) методом Рунге-Кутта было выполнено обезразме-

ривание уравнений. Численное моделирование осуществлялось на примере беспримесного МК AgBr, исходя из экспериментальных результатов по взаимодействию БГР с AgHal-фотоматериалами при вариантах напряженности электрического поля Ек = 5-106 V/m и Ек = 1,5 107 V/m с длительностью т=1,3-1 (Г5 s, при вариациях размеров МК г = 3-10~7 m и г = КГ6 т, максимальной скорости генерации УФ фотонов Nllyt~' = 1,34-104 phot./s, создаваемых одиночной электронной лавиной, что при указанных величинах г создавало падающее на МК излучение с максимальной интенсивностью - до -3,4-105 phot./m2-s. Кроме того, были смоделированы процессы в МК AgHal только в электрическом поле, без их освещения.

Некоторые результаты моделирования представлены на рис. 3-6 с совмещенной осциллограммой соответствующих импульсов напряжения (на рисунках она не обозначена). Оси ординат на всех графиках даны в безразмерных и относительных единицах, нормированных на N0y = 0,167п„упг3 (где у - сорт частиц), а оси абсцисс - в единицах времени изменения импульса электрического поля Ек(т).

Модель позволяет качественно оценивать как структурные изменения ГРИ за все время действия импульса электрического поля, так и генераци-онно-рекомбинационные процессы, протекающие в фотоэмульсионных МК AgHal с участием ионов Ag+, ионных вакансий, фотоэлектронов и фотодырок, ведущих к формированию ЦСИ. С ее помощью показано, что без светового облучения импульс внешнего электрического поля просто смещает в разные стороны кристалла ионы Ag+ и их вакансии. При освещении МК

Рис. 3. Кинетика: а - изменения концентраций ионов Ag+ (/) и ионных вакансий V (2);

6 - изменения концентраций электронов (/) и дырок (2) при освещении МК AgBr с r= 1 (Г6 m под действием электрополевого импульса Ек= 1,5-107 V/m (описание в тексте)

Рис. 4. Кинетика: а - изменения концентраций ионов Ag+ (/) и ионных вакансий V (2); б- изменения концентраций электронов (/) и дырок (2) при освещении ^AvC' = 1 >34-104 phot./s МК AgBr с г = 3 • 10"7 m под действием радиоимпульса электрического поля Ек = 5-106 V/m и частотой заполнения 77 kHz (описание в тексте)

Рис. 5. Кинетика: а - изменения концентраций ионов Ag+ (/) и ионных вакансий V (2); б- изменения концентраций электронов (/) и дырок (2) при освещении Nfat' = 1,34-102 phot./s МК AgBr с г = 3-Ю"7 m под действием радиоимпульса электрического поля Ек = 5-106 V/m и частотой заполнения 77 kHz (описание в тексте)

0,1

0 5x10 5 1x10 4 1.5x10 4

Рис. 6. Кинетика: а - изменения концентраций ионов Ag+ (/) и ионных вакансий V (2); б-изменения концентраций электронов (/) и дырок (2) при освещении N= 1,34-104 phot./s МК AgBr с г = 3-10-7 m под действием переменного электрического поля Ек = 1,5 -Ю7 V/m и частотой ! 0 kHz (описание в тексте)

AgHal возникновение электронно-дырочных пар приводит к их рекомбинации с ионами Ag+ и V, а кинетика протекания этого процесса за время действия электрополевого импульса определяется характером его нарастания и спада (длительностями переднего и заднего фронтов импульса), размерами кристалла, напряженностью поля в нем и освещенностью, указывая на реализацию эффекта Ротштейна, причем для импульсов не только видео-, но и радиоформы, как с затухающей, так и незатухающей амплитудой.

В пятой главе дан обзор по практическому использованию результатов диссертации в конкретных областях науки и техники: ТВН при изучении газоразрядных процессов в многослойной изоляции, а также визуализации внутренней структуры электронных лавин БГР, исследовании по ГРИ деталей формирования его стримеров; в неразрушающей диагностике скрытых под лакокрасочными покрытиями дефектов — раковин, трещин и коррозии на примере металлических элементов мостовых конструкций; при визуализации динамики изменения электропроводности у полимерных полупроводников с ионной проводимостью - полимерных ИОМ в зависимости от влажности окружающей их среды, способствующей открытию у этих материалов низкоинтенсивной ЭЛ; возможности газоразрядно-криминалистического исследования бумажных документов на предмет выявления поддельных денежных знаков и разновременно сделанных записей.

Рис. 7. Изображения БГР на каждой из сторон AgHal-фотопленки «RETINA», из которой образована система многослойного конденсатора

На рис. 7 представлены ГРИ, полученные одновременно на трех рентгеновских фотопленках «RETINA», моделирующих многослойную изоляцию. Наличие у фотопленки двустороннего фотоэмульсионного полива позволяет получать изображения БГР одновременно с двух сторон. Верхний ряд фотографий отображает ГРИ, сформированные на верхней стороне одной пленки (рис. 7, а, 7, в, 7, á), а нижний - на нижней (рис. 7, б, 7, г, 7, е). Рис. 7, а отображает ГРИ на пленке, контактировавшей с рельефным электродом-монетой, а рис. 7, е - на фотопленке, контактировавшей через разрядный промежуток с плоским электродом. ГРИ на рис. 7, в соответствует стороне фотопленки, контактировавшей через газовый слой со стороной фотопленки с изображением на рис. 7, б, а на рис. 7, г - в тех же условиях контактировавшей со стороной фотопленки с ГРИ на рис. 7, д. Рис. 7 отображает формирование ГРИ на всех фотоэмульсионных сторонах пленок, что говорит о зажигании БГР в каждом газовом слое состоящего из них многослойного конденсатора при приложении одиночного высоковольтного радиоимпульса. Однако характер изображений существенно меняется при переходе от одного диэлектрического слоя к другому, явно отражая градиент распределения электрического поля в каждом из них и влияние на характер формирования БГР. Важным фактом, выявленным в ходе исследований, является способность разряда принимать на себя роль металлического электрода, что

прослеживается на всех ГРИ, начиная с рис. 7, б: зажигающийся в каждом разрядном промежутке БГР охватывает площадь, соответствующую сформированной стримерами скользящего искрового разряда у электрода.

В отличие от электронных полупроводников с однородной структурой (таких как кремний или германий), полимерные полупроводники не только имеют микро- и макронеоднородную структуру, но и в зависимости от контакта с тем или иным раствором электролита способны менять свою электрическую природу от диэлектрического до полупроводящего состояния и обратно. Примером названных полупроводников могут служить полимерные ионообменные смолы и изготовленные на их основе ИОМ с катионным, анионным или биполярным типом проводимости. Прохождение электрического тока через такие материалы способно создать в них сильную неравновесность зарядов и привести к возникновению люминесцентных явлений. При ГРФ полимерных ИОМ в газоразрядном свечении была обнаружена их низкоинтенсивная ЭЛ, а затем подтверждена прямыми фотографическими и фотоэлектронными методами. Фотографические изображения ЭЛ у ИОМ марок МА-40К и МФ-4СК в набухшем состоянии приведены на рис. 8.

Рис. 8. Фотографическое изображение электролюминесценции анионообменной мембраны МА-40К (а) и катионообменной мембраны МФ-4СК (6), пропитанных дистиллированной водой, X 3

Количественная оценка яркостньгх и кинетических параметров ЭЛ у ИОМ осуществлялась с помощью фотоэлектронного метода на ФЭУ-29. Исследования проводились для ИОМ МК-40Л и МА-40Л. Влияние на их ЭЛ раствора NaCl определялось его различными молярными концентрациями cs, mol: 0,001, 0,01, 0,1 (при Т= 298 К). В результате было установлено, что яркость ЭЛ у данных марок ИОМ составляет —10 й—10 6 cd/m2, а ее возникновение носит вспышечный характер и зависит от структурно-функциональных особенностей полимерного ионопроводника и характера взаимодействия переносимых ионов с ионогенными группами полимерной матрицы.

Газоразрядная дефектоскопия металлов осуществлялась на примере образцов как с искусственно созданными дефектами, так и естественно образующимися при эксплуатации различных мостов в местности с определенными климатическими условиями. Контролируемыми дефектами являлись: раковины, трещины, химическая коррозия. Кроме фотографического метода, был разработан и электронно-оптический, основанный на возбуждении света электрическим полем у электролюминофоров. На рис. 9 представлены ГРИ и разрядно-оптическое изображение той же трещины, естественно

Рис. 9. Газоразрядное изображение трещины в металле под грунтово-лакокрасочным

покрытием толщиной 3,5- Ю-4 ш, полученное на черно-белой фотопленке «ФН-32» (а), х 5 и разрядно-оптическое, полученное с телеэкрана (б), х 7

образовавшейся от механической нагрузки под слоями грунтово-лакокрасочных покрытий. Сравнение полученного ГРИ дефекта с его аналогом на черно-белом AgHal-фoтoмaтepиaлe говорит о явных преимуществах последнего. Прежде всего, это относится к разрешающей способности установки, связанной с гранулярностью люминофора и неоднородным распределением его частиц по размерам, что ведет к невозможности четкого определения границ дефектов и выявления их мелких деталей. Кроме того, неоднородный гранулометрический состав частиц люминофора, заключенного в связующий материал, приводит к сильному перераспределению электрического поля между частицами и соответственно к различной яркости их свечения, внося искажения в формируемое ГРИ. Следует также отметить, что в отличие от AgHal-фoтoмaтepиaлoв сама технология разряд-но-оптической визуализации исключает прямое воздействие разряда на фотоприемную систему (в нашем случае видеокамеру), которой регистрируется только световое излучение БГР, преобразованное люминофором. Таким образом, разрядно-оптический метод на люминофорах может быть рекомендован пока как метод только предварительной и качественной оценки дефектов в полевых условиях.

В настоящее время к сложным и еще не до конца решенным задачам технико-криминалистической экспертизы бумажных документов относится выявление временного различия сделанных записей, особенно одинаковыми чернилами, что требует поиска новых методов криминалистической

диагностики или существенного усложнения имеющихся, но с последующим разрушением документа. Настоящие исследования посвящены первым результатам по неразрушающему использованию лавинного БГР в решении данной задачи. Исследованию подвергался рукописный текст, выполненный гелевыми чернилами черного цвета и пастой для шариковых ручек синего цвета на белой бумаге плотностью 80 g/m2. Для зафиксированного на ней слова «образ» было получено два оптических изображения (ОИ) в отраженном и проходящем свете, а также ГРИ в лавинном БГР, возбуждаемом переменным напряжением 8 kV и частотой 13 kHz. Выбранный режим оказался наиболее подходящим для газоразрядно-криминалистической диагностики (ГРКД) данного типа документа, так как позволил за время менее 1 s очень четко воспроизвести его мелкие детали с высокой контрастностью. Первое ОИ сразу получалось в отраженном свете и электронном виде путем сканирования документа с разрешением 600 dpi на сканере HP ScanJet 4300С. Второе изображение этого слова получено методом контактной печати на AgHal-фотопленку «Микрат-орто», которое затем переводилось в электронный вид, а третье - на той же фотопленке с помощью газоразрядной установки с роликовым электродом. Полученные в пятикратной повторности варианты изображений названного слова являлись контрольными.

О

OS}

И і ,

Осуэа.^ е- ¡4.

Ш

Рис. 10. Изображения документа, полученные: а, г- в отраженном свете (стрелками показаны следы папиллярного рисунка от пальцев); б, д - в проходящем свете; в, е - в лавинном БГР. Изображения на рисунках а-в до искусственного старения,

на г—е — после него

После этого документ подвергался искусственному старению путем термического воздействия при температуре 513 К в течение 1200 б. На «состарившейся» бумаге к первоначальному слову «образ» делалась дописка

окончания «-ец» теми же пастой и чернилами, а затем производилось получение изображений нового слова по описанной технологии. Этот документ со словом «образец» являлся опытным. На рис. 10 отражены результаты проведенных исследований.

Сравнение рисунков 10, а и 10, г наглядно демонстрирует не только результат «старения» бумаги в виде изменения ее контрастности, но и папиллярный рисунок отпечатков пальцев (отмечены стрелками), преимущественно расположенных по краям документа. Однако каких-либо визуально или инструментально наблюдаемых различий сделанной дописки к слову «образ» не обнаруживается. Аналогичный результат дает контактная фотопечать — просвечивание документа, изображения слов на котором (рис. 10, б и 10, д) выглядят негативными по отношению к исходным (рис. 10, а и 10, г) вследствие существенной разницы прохождения света через участки с различными оптическими плотностями, каковыми являются неоднородность бумаги и темный цвет красителей выполненной записи. При фотографировании документа лавинным БГР полученные изображения слов на рис. 10, в и 10, е не только противоположны по контрастности, но и имеют существенные различия этого параметра между основными записями и сделанными к ним дописками. Из результатов работы следует, что при ГРФ бумажного документа на ГРИ отображается не только его структурная неоднородность, но и электрическая. При этом сам документ не претерпевает каких-либо изменений после ГРКД. Таким образом, лавинный БГР по сравнению с оптическими методами обладает рядом дополнительных физических свойств, позволяющих привлечь его как неразрушающее средство в технико-криминалистической диагностике бумажных документов, в частности, для выявления временного различия сделанных записей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Доказано, что А§Па1-фотоматериалы (фотопленки, фотобумаги или фотопластинки) в газоразрядной системе конденсатора представляют многослойные (числом слоев не менее двух единиц) диэлектрические барьеры, обеспечивающие условия для формирования БГР. Установлено, что независимо от форм импульсов прикладываемого напряжения (видео- или радиоформы) в газоразрядном промежутке толщиной -5-10~5 ш с воздухом атмосферного давления и неизменного химического состава разряд зажигается с запаздыванием относительно переднего фронта импульса (или полупериода переменного напряжения) и носит импульсный режим горения с количеством импульсов от одного и более, их длительностью от ~10~7 до ~5- КГ7 к и стохастическим характером возникновения (за исключением первого разрядного импульса, возникающего при строго определенном напряжении или напряженности поля в газоразрядном промежутке), а каждому импульсу БГР соответствует вспышка светового излучения с максимумом в электромагнитном спектре шириной (260-400)-10"9 т и длительностью, достигающей —1,5-10Гв е. При этом показано, что в однородном электрическом поле напряжение

зажигания разряда Uг линейно возрастает с увеличением электрогеометрического параметра AgHal-фотоматериала (суммы отношений толщин и диэлектрических проницаемостей его слоев) Г в исследованном диапазоне его значений от 27,67-10-6 до 53,82- КГ6 ш, но при одиночных импульсах отрицательной полярности Uz оказывается выше, чем при положительной, когда фотоматериал покрывает один из электродов конденсаторной системы. В случае расположения одинаковых фотоматериалов на обоих электродах установлено отсутствие влияния полярности напряжения на пробивные характеристики воздуха атмосферного давления.

2. На примере стандартных и специально изготовленных AgHal-фотоматериалов, содержащих в МК AgBr(Cl, J) эффективные поверхностные (сернистая и сернисто-золотая химическая сенсибилизация) и глубинные электронные ловушки (создаваемые в процессе физического созревания введением ионов Rh3+), установлен пороговый характер формирования изображений БГР, возбуждаемого одиночными видеоимпульсами микросекундной длительности ~7-10~б и -1,3-КГ5 s. Показано, что для фотоэмульсионных МК AgHal с ловушками, уменьшающими время жизни электронов до ~10"7-10"8 s, начинает проявляться ГРЧ при разнополярных импульсах электрического поля. Однако для импульсов отрицательной полярности она оказывается выше, чем для положительной. Установлено, что с возрастанием СЧС AgHal-фотоматериалов увеличивается и их ГРЧ. Причем величины обоих параметров существенно зависят от химико-фотографической обработки фотоматериала, особенно от химического состава проявляющего раствора: все компоненты проявителя, взятые в определенном соотношении друг к другу, влияют на различные характеристики формируемых изображений, благодаря чему возможно дифференцированно выделять на ГРИ процессы в БГР различной интенсивности.

3. Доказано, что импульсное электрическое поле напряженностью в AgHal-фотослое Е/~\07 V/m и суммарной длительностью импульсов до 1,3-10"1 s не образует в фотоэмульсионных МК AgHal проявляемых центров ЭПИ. Отсутствие каких-либо изображений при указанных характеристиках поля установлено и в том случае, когда на поверхности AgHal-фотоматериалов идут автоэмиссионные процессы с участием электрически заряженных частиц (преимущественно электронов). Однако даже одиночный импульс поля т -7-10-6 s оказывает существенное влияние на газоразрядный AgHal-фотопроцесс, выражающееся в увеличении Dc и соответственно ГРЧ фотоматериалов, демонстрируя реализацию эффекта Ротштейна, но в условиях как одно-, так и многократного светового экспонирования фотоматериалов за время действия одиночного электрополевого импульса.

4. Установлено, что в фотоэмульсионных МК AgHal существуют латентные «электрически неактивные» дефекты их структуры, участвующие в газоразряд-но-фотографическом процессе и способные к выявлению при магнитополевом воздействии, которое проявляется в преобразовании Ag центров СЧС, предварительно обработанных ИМП AgHal-фотоматериалов и затем экспонированных БГР. На примере AgHal-фотопленки «RETINA» для рентгенографии показано, что предварительная обработка свежеизготовленного фотоматериала серией из 250 ИМП напряженностью 0,42 Т и длительностью 0,12 s приводит к уменьше-

нию Dg ГРИ, а для «состарившейся» в течение восьми лет - к ее небольшому увеличению по сравнению с контрольным вариантом (без обработки ИМП). При этом действие одиночного ИМП с теми же характеристиками и на те же фотоматериалы каких-либо изменений Da ГРИ не оказывает. Противоположный результат дает синхронизация одиночного ИМП с теми же характеристиками со световой вспышкой, имеющей А,-400-1(Г9 ш и длительность -0,09 s. На фотоматериалах со средним диаметром МК AgHal от -Ю"6 до -1,7-10ш ИМП увеличивает интегральную оптическую плотность изображений по сравнению с контрольным вариантом (только световое экспонирование), а для имеющих диаметр -6,5-Ю-8 ш уменьшает этот параметр. Однако на примере фотопленки «Микрат-орто» (диаметр МК до -10 т) без ОС при тех же условиях ее магнито-светового экспонирования обнаружено резкое увеличение СЧС. Показано, что замена ОС у данной фотопленки на ионы некоторых лантаноидов Ln3+ (Се3+, Nd3+, Gd3+, Dy3+, Eu3+ и Ho3+) приводит к десенсибилизирующему эффекту ее магнито-светового экспонирования. Прямо пропорциональной зависимости этого эффекта от величины магнитного момента ионов Ln3+ не обнаружено.

5. Химическим способом разделения ГРИ на глубинную и поверхностную составляющие, а также блокировкой подвижности поверхностных ионов Ag+ в МК AgHal различных размеров и характером их сенсибилизации установлена топография формирования ГРИ при разнополярных видеоимпульсах напряжения микросекундной длительности, возбуждающих разряд. Показано, что при импульсах отрицательной полярности (указанных характеристик) изображения БГР преимущественно формируются на поверхности МК AgHal и на этот процесс оказывает существенное влияние их поверхностная сенсибилизация, а также любые другие факторы, воздействующие на поверхность МК AgHal. При импульсах положительной полярности на формирование ГРИ кроме поверхностной сенсибилизации МК AgHal влияет еще и глубинная, так как в этом случае Ag центры изображений БГР создаются как на поверхности, так и в глубине фотоэмульсионных МК. Кроме того, в условиях газоразрядного воздействия на разнотипные AgHal-фотоматериалы доказана реализация эффекта Ротштейна, но подчиняющегося совершенно иным физическим закономерностям, отличным от одноимпульсного режима экспонирования. На этот эффект при многоимпульсном световом экспонировании, кроме величины напряженности видеоимпульса электрического поля, моментов синхронизации с ним световых вспышек и их интенсивности, оказывает влияние период следования вспышек друг за другом, а также направление силовых линий электрического поля (полярность напряжения). В случае радиоимпульсов переменного электрического поля с частотами 1, 10 и 77 kHz и теми же режимами светового экспонирования установлено, что с увеличением этого параметра (частоты изменения поля) эффект Ротштейна принимает положительный знак для «состарившейся» в течение 25 лет фотопленки «Микрат-200», а для свежеизготовленной «Микрат-орто» - отрицательный, чем выявляется влияние переменного электрического поля не только на центры СЧС в МК AgHal, но и на центры вуали.

6. На основе экспериментальных данных по импульсному пробою воздуха атмосферного давления в газоразрядном промежутке с AgHal-фотоматериалами и

формируемых на них изображений БГР разработана феноменологическая физико-математическая модель протекания этих процессов за время действия импульса электрического поля как видео-, так и радиоформы. Она позволяет качественно оценивать структуру ГРИ и характер их формирования на начальной стадии за счет генерационно-рекомбинационных процессов в разноразмерных МК AgHal с участием ионов Ag+, ионных вакансий, фотоэлектронов и фотодырок, ведущих к формированию ЦСИ. Из модели следует, что при неизменных термодинамических параметрах воздуха атмосферного давления и электрогеометрических характеристик AgHal-фотоматериалов возможно увеличение ГРИ объектов Аа с максимальной величиной до ~5 единиц. Определяющими этот процесс параметрами являются величины газоразрядного промежутка dg и амплитуды импульса высоковольтного напряжения (напряженности электрического поля в нем Eg), а также его длительность. При этом длительности переднего

и заднего фронтов видеоимпульса определяют скорость изменения А0, а степень увеличения ГРИ до конкретного значения - возникновение электронных лавин БГР в различные моменты изменения видеоимпульса. Наиболее выражен этот процесс на задних фронтах видеоимпульсов как с t=7-10~6s, так и с т =1,3-10-5 s. Моделированием формирования ГРИ на МК AgHal размерами 3-10"7 и 10 б m показано, что без светового облучения импульс внешнего электрического поля просто смещает в разные стороны кристалла ионы Ag+ и их вакансии. Причем наиболее эффективно этот процесс протекает для Ag+ как обладающих большей подвижностью по сравнению с их вакансиями (последние остаются практически неподвижными при наложении электрополевого импульса 2,5-КГ6 и 4,5-Ю"6 s соответственно). Освещение МК AgHal кардинально меняют ситуацию с участием всех электрически заряженных частиц. Возникновение электронно-дырочных пар приводит к их рекомбинации с ионами Ag+ и V~. Показано, что кинетика протекания этого процесса за время действия электрополевого импульса определяется характером его нарастания и спада (длительностями переднего и заднего фронтов импульса), размерами кристалла, напряженностью поля в нем и освещенностью, что полностью согласуется с полученными экспериментальными результатами, как в настоящей работе, так и имеющихся в литературе по исследованию эффекта Ротштейна. Аналогичные результаты моделирования получены для импульса переменного электрического поля различных частот (10 и 77 kHz) с затухающей и незатухающей амплитудой, при которых процессы электронно-ионной и вакансионно-дырочной рекомбинации наиболее интенсифицированы, так как протекают с удвоенной частотой изменения поля - на его нарастающем и спадающем полупериодах.

7. Результаты экспериментальных и теоретических исследований начальных процессов взаимодействия БГР с AgHal-фотоматериалами были привлечены: для разработки методики фотографической визуализации газоразрядных процессов в многослойном конденсаторе с несколькими разрядными промежутками, моделирующими многослойную высоковольтную изоляцию, а также для документальной фиксации структуры электронных лавин и стримеров БГР; в диагностике структуры ионных полупроводников на полимерной основе - полимерных ИОМ,

находящихся как в воздушно-сухом, так и набухшем состоянии; в дефектоскопии металлических элементов мостовых металлоконструкций, покрытых лакокрасочными покрытиями, и криминалистической диагностике различных документов на бумажных носителях. В результате было установлено, что однородный диэлектрик каждого из слоев многослойного конденсатора, образующих мевду собой газоразрядные промежутки, преобразует в них неоднородное электрическое поле в однородное. При этом подтверждена ранее известная способность БГР принимать на себя роль металлического электрода (обкладки конденсатора) площадью, занимаемой самим разрядом. По фотографическим изображениям установлена неоднородность внутренней структуры электронных лавин, состоящая минимум из двух колец различной оптической плотности, одно из которых внутреннее, имеет ббльшую оптическую плотность по сравнению с внешним кольцом, и влияние на характер границы раздела между кольцами полярности приложенного напряжения: при импульсах положительной полярности они четкие, без существенных «размытий», при отрицательной - носят диффузный характер, особенно на периферии внешнего (второго) кольца со слабо выраженной лучевой структурой. Кроме того, фотографическим методом удалось зафиксировать процесс распада стримера, возбуждаемого одиночными радиоимпульсами с длительностью полу периода переменного напряжения 1,3-10" s. Установлено, что этот процесс протекает только при положительных полупериодах, а характер распределения продуктов распада стримера создает на AgHal-фотоматериале веерообразную форму. С помощью ГРФ продемонстрирована возможность визуализации структуры полимерных ИОМ в процессе перехода из диэлектрического в проводящее состояние при набухании во влажной атмосфере (от 2 до 100%), в результате у катионо- и анионообменников различных марок впервые зарегистрирована ЭЛ с максимальной яркостью не более ~5 • 10-6 cd/m2, что позволило выявить ее отличительные признаки от ЭЛ кристаллических и жидкофазных электролюминофоров, а также неоднородность структуры свечения и зависимость от концентрации и природы ионов, омывающих ИОМ электролитов, амплитуды и длительности приложенного напряжения. Показана возможность достоверного выявления посредством БГР трещин, раковин и химической коррозии в металле под слоями лакокрасочных покрытий толщиной до 3,5-10"4 т, а также преимущества AgHal-фотографирования по сравнению с ГРИ, получаемых с помощью электролюминофоров через разрядно-оптические устройства, и значительное расширение диагностических возможностей газоразрядной дефектоскопии с помощью многослойных (цветных) AgHal-фотоматериалов с последующей компьютерной обработкой ГРИ. Для ГРКД бумажных документов изготовлена специальная AgHal-фотопленка с размерами МК AgBr(J) ~4-10~7 ш, проявляющая высокую ГРЧ к разряду, возбуждаемому переменным электрическим полем частотой -13 kHz и амплитудой 8 kV. На примере подлинной и поддельной ДК достоинством «100 рублей» получены их ГРИ на названной фотопленке, отличающиеся высокой контрастностью и проработкой криминалистически значимых деталей банкнот. Кроме того, впервые показана возможность ГРКД текстов с разновременно сделанными записями одними и теми же чернилами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

Монографии

1. Бойченко, А.П., Шустов, М.А. Основы газоразрядной фотографии / А.П. Бойченко, М.А. Шустов. - Томск: STT, 2004. — 316 с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для результатов диссертационных исследований

2. Бойченко, А.П. Об электрической прозрачности диэлектриков в газовом разряде / А.П. Бойченко // Дефектоскопия. — 1995. - № 6. - С. 63-66.

3. Староверов, А.И., Бойченко, А.П. Газоразрядно-телевизионная дефектоскопия мостовых металлоконструкций / А.И. Староверов, А.П. Бойченко // Автомобильные дороги. - 1995.-№ 10-11.-С. 20-21.

4. Бойченко, А.П. О чувствительности галогенсеребряных фотоматериалов к слаботочному газовому разряду, возбуждаемому одиночными видеоимпульсами /А.П. Бойченко//Журн. науч. и прикл. фотогр. - 2002. - Т. 47, № 1.-С. 71-75.

5. Бойченко, А.П., Ачкасов, JI.B. Газоразрядный фотоаппарат для фотографирования гранулированных и жидкофазных объектов / А.П. Бойченко, Л.В. Ачкасов // Журн. науч. и прикл. фотогр. - 2002. - Т. 47, № 2. - С. 68-74.

6. Бойченко, А.П. О влиянии импульсного электрического поля на газоразрядный фотопроцесс / А.П. Бойченко // Журн. науч. и прикл. фотогр. - 2002. - Т. 47, №3,-С. 50-52.

7. Бойченко, А.П. Исследование топографии скрытого газоразрядного изображения / А.П. Бойченко // Журн. науч. и прикл. фотогр. - 2002. - Т. 47, № 3. -С. 53-56.

8. Бойченко, А.П., Яковенко, H.A. Методика получения интегрального спектра излучения слаботочного лавинного разряда с диэлектриком на электроде / А.П. Бойченко, H.A. Яковенко // Автометрия. - 2002. - Т. 38, № 5. - С. 113-118.

9. Бойченко, А.П., Староверов, А.И. Газоразрядная неразрушающая диагностика микротрещин и коррозии в мостовых металлоконструкциях / А.П. Бойченко, А.И. Староверов // Известия Томского политехнического университета. - 2003. - Т. 306, № 5. - С. 83-84.

10. Бойченко, А.П., Прокопенко, A.B., Яковенко, H.A. Электролюминесценция полимерных ионообменных мембран в набухшем состоянии / А.П. Бойченко, A.B. Прокопенко, H.A. Яковенко // Журн. физической химии. -2007. - Т. 81, № 11.-С. 2093-2095.

11. Савиновских, Е.Г., Бойченко, А.П., Яковенко, H.A. Генерация низкоинтенсивной электролюминесценции у полимерных ионопроводников / Е.Г. Савиновских, А.П. Бойченко, H.A. Яковенко // Письма в ЖТФ. - 2010. - Т. 36, выи. 20. -С. 75-79.

12. Фролов, Д.Р., Бойченко, А.П. Воздействие импульсного магнитного поля на галогенсеребряный фотографический процесс / Д.Р. Фролов, А.П. Бойченко // ЖТФ. - 2012. - Т. 82, вып. 4. - С. 150-152.

13. Бойченко, А.П. Воздействие барьерного разряда лавинной формы на гало-генсеребряный фотоматериал при заблокированной ионной проводимости / А.П. Бойченко // ФТП. - 2012. - Т. 46, вып. 4. - С. 525-529.

14. Бойченко, А.П. Фотографические исследования структуры электронных лавин и стримеров барьерного разряда / А.П. Бойченко // Фундаментальные исследования. - 2012. - Ч. 2, № 9. - С. 432-436.

15. Бойченко, А.П. Изменение светочувствительности галогенсеребряных фотоматериалов в переменном электрическом поле при двухимпульсном световом воздействии / А.П. Бойченко // Фундаментальные исследования. - 2012. - Ч. 4, №9.-С. 951-955.

16. Бойченко, А.П. Феноменологическая модель образования изображений на галогенсеребряных фотоматериалах в импульсном электрическом поле / А.П. Бойченко // Фундаментальные исследования. — 2012. — Ч. 3, № 11. — С. 675-681.

17. Бойченко, А.П. Основные закономерности взаимодействия барьерного разряда с галогенсеребряными фотоматериалами / А.П. Бойченко // Фундаментальные исследования. - 2012. - Ч. 3, № 11. - С. 682-690.

18. Бойченко, А.П. Влияние парных световых импульсов на Эффект Ротштей-на/А.П. Бойченко//ЖТФ. -2012.-Т. 82, вып. 12.-С. 116-118.

19. Бойченко, А.П., Гаврилин, Д. А. Газоразрядная диагностика текстов на бумажных носителях / А.П. Бойченко, Д.А. Гаврилин // Письма в ЖТФ. - 2012. -Т. 38, вып. 20.-С. 57-62.

Публикации в других изданиях

20. Бойченко, А.П. Изучение диагностических возможностей газоразрядной фотографии на ионообменных мембранах марок МК-40К и МА-40К, находящихся в набухшем состоянии / А.П. Бойченко // Кирлиановские чтения «Кирлиан-2000»: сб. докл. и ст. - Краснодар: НПО «Инфорай ко., ЛТД», 1998. - С. 167-182.

21. Бойченко, А.П. Высоковольтный импульсный генератор для газоразрядной фотографии / А.П. Бойченко // Экология и здоровье человека. Экологическое образование. Математические модели и информационные технологии: тез. докл. VI Междунар. конф. — Краснодар: КубГАУ, 2001. — С. 248.

22. Бойченко, А.П., Яковенко, H.A. Исследование механизма взаимодействия слаботочного лавинного разряда с фотоэмульсионными микрокристаллами галоидного серебра / А.П. Бойченко, H.A. Яковенко // Экология и здоровье человека. Экологическое образование. Математические модели и информационные технологии: сб. науч. тр. VI Междунар. конф. — Краснодар: Изд-во журнала «Наука Кубани», 2001.-С. 338-354.

23. Бойченко, А.П., Яковенко, H.A. К вопросу о регистрации интегрального спектра излучения лавинного разряда, возбуждаемого одиночными импульсами в микронном разрядном промежутке с диэлектриком на электроде / А.П. Бойченко, H.A. Яковенко // Экология и здоровье человека. Экологическое образование. Математические модели и информационные технологии: сб. науч. тр. VI Междунар. конф. - Краснодар: Изд-во журнала «Наука Кубани», 2001.-С. 354—360.

24. Бойченко, А.П. Моделирование процессов взаимодействия слаботочного газового разряда лавинной формы с микрокристаллами галогенида серебра /

А.П. Бойченко // Математика. Компьютер. Образование: тез. докл. IX Междунар. конф. - Дубна: МГУ, 2002. - С. 244.

25. Акелян, Н.С., Онищук, С.А., Бойченко, А.П. и др. О разрешающей способности оптических систем для газоразрядной визуализации микрообъектов / Н.С. Акелян, С.А. Онищук, А.П. Бойченко др. // Теория и практика газоразрядной фотографии: Материалы I Всерос. научн.-практ. конф. - Краснодар: КубГУ, 2003. -С. 69-74.

26. Бойченко, А.П. Газоразрядно-электрическая прозрачность объектов / А.П. Бойченко // Процессы и явления в конденсированных средах: Материалы Междунар. дистанц. науч.-практ. конф. - Краснодар: КубГУ, 2005. - С. 57-68.

27. Бойченко, А.П., Кузьминов, И.Н. Исследование акустического излучения лавинного разряда, возбуждаемого одиночными видеоимпульсами в микронном промежутке с двухслойным диэлектриком на электроде / А.П. Бойченко, И.Н. Кузьминов // Процессы и явления в конденсированных средах: Материалы Междунар. дистанц. науч.-практ. конф. - Краснодар: КубГУ, 2005. - С. 82-97.

28. Бойченко, А.П. Об использовании полимерных ионообменных мембран в качестве моделей биообъектов при их газоразрядном фотографировании. Случай неионного обмена / А.П. Бойченко // Процессы и явления в конденсированных средах: Материалы Междунар. дистанц. науч.-практ. конф. - Краснодар: КубГУ, 2005.-С. 107-123.

29. Бойченко, А.П., Кроликов, A.B. Газоразрядно-фотографическая экспресс оценка подлинности денежных купюр при их криминалистическом исследовании / А.П. Бойченко, A.B. Кроликов // Процессы и явления в конденсированных средах: Материалы Междунар. дистанц. науч.-практ. конф. - Краснодар: КубГУ, 2005.-С. 149-166.

30. Бойченко, А.П. О перспективах использования многослойных (цветных) галогенсеребряных фотоматериалов для газоразрядной дефектоскопии / А.П. Бойченко // Процессы и явления в конденсированных средах: Материалы Междунар. дистанц. науч.-практ. конф. - Краснодар: КубГУ, 2005. - С. 166-171.

31. Бойченко, А.П, О возможности повышения чувствительности галогенсеребряных фотоматериалов к ионизирующему излучению постоянным электрическим полем / A.n. Бойченко. - Деп. ВИНИТИ РАН 24.10.2006 № 1260-В2006. - 6 с.

32. Каракашев, Д.В., Бойченко, А.П. Изучение сенсибилизирующего действия постоянного однородного электрического поля на галогенсеребряную фотоэмульсию при регистрации //-излучения / Д.В. Каракашев, А.П. Бойченко // XII Всерос. науч. конф. студентов-физиков и молодых ученых: сб. материалов и тез. -Новосибирск: НГУ, 2006. - С. 118-120.

33. Кроликов, A.B., Бойченко, А.П. Разработка специального галогенсеребря-ного фотоматериала для криминалистического исследования документов газоразрядным методом / A.B. Кроликов, А.П. Бойченко // XII Всерос. науч. конф. студентов-физиков и молодых ученых: сб. материалов и тез. — Новосибирск: НГУ, 2006.-С. 126-128.

34. Прокопенко, A.B., Бойченко, А.П. Изучение вынужденной сверхслабой люминесценции ионообменных мембран, находящихся в набухшем состоянии /

A.B. Прокопенко, А.П. Бойченко // XII Всерос. науч. конф. студентов-физиков и молодых ученых: сб. материалов и тез. - Новосибирск: НГУ, 2006. - С. 577-579.

35. Бойченко, А.П. Повышение чувствительности галогенсеребряных фотоматериалов к ß-излучению в постоянном однородном электрическом поле / А.П. Бойченко // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы: Тр. VIII Междунар. конф. - Ульяновск: УлГУ, 2006.-С. 67.

36. Бойченко, А.П. Галогенсеребряная фотоэмульсия с управляемой чувствительностью для регистрации ядерно-физических событий / А.П. Бойченко // Пространство, время, тяготение: тез. IX Междунар. науч. конф. СПб.: БалтГТУ «Во-енмех», 2006.-С. 38.

37 Бойченко, А.П. Газоразрядная неразрушающая диагностика механических напряжений в металлах, покрытых диэлектриком / А.П. Бойченко // Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций: тез. докл. Всерос. конф. - Новосибирск: НГТУ, 2006. - С. 26.

38. Гайдашев, Д.И., Бойченко, А.П. Изучение сенсибилизирующего действия ионов европия (III) и гольмия (III) на фотографический процесс в импульсном магнитном поле / Д.И. Гайдашев, А.П. Бойченко // XIII Всерос. науч. конфер. студентов-физиков и молодых ученых: материалы и тез. конф. - Ростов Н/Д, Таганрог: Изд-во АСФ России, 2007. - С. 80-81.

39. Кроликов, A.B., Бойченко, А.П. Криминалистическая газоразрядная диагностика денежных купюр достоинством «1000 рублей» / A.B. Кроликов, А.П. Бойченко // XIII Всерос. науч. конфер. студентов-физиков и молодых ученых: материалы и тез. конф. - Ростов Н/Д, Таганрог: Изд-во АСФ России, 2007. - С. 309-310.

40. Гайдашев, Д.И., Бойченко, А.П. Изучение влияния ионов лантаноидов на фотографический процесс в импульсном магнитном поле / Д.И. Гайдашев, А.П. Бойченко // XIV Всерос. науч. конфер. студентов-физиков и молодых ученых: материалы и тез. конф. - Уфа: Изд-во АСФ России, 2008. - С. 91-92.

41. Демиденко, И.Г., Бойченко, А.П. Оценка разрешающей способности устройств для газоразрядной микровизуализации / И.Г. Демиденко, А.П. Бойченко // XIV Всерос. науч. конфер. студентов-физиков и молодых ученых: Материалы и тез. конф. - Уфа: Изд-во АСФ России, 2008. - С. 343-344.

42. Бойченко, А.П., Савиновских, Е.Г., Яковенко, H.A. Визуализация и исследование плазменных источников излучения с помощью цифровых оптоэлек-тронных устройств / A.n. Бойченко, Е.Г. Савиновских, H.A. Яковенко // Актуальные проблемы современной физики: материалы Всерос. дистанц. науч.-практ. конф. - Краснодар: КубГУ, 2008. - С. 65-68.

43. Гайдашев, Д.И., Бойченко, А.П. Изучение влияния ионов лантаноидов на светочувствительность фотоэмульсионных микрокристаллов галоидного серебра в импульсном магнитном поле / Д.И. Гайдашев, А.П. Бойченко // Актуальные проблемы современной физики: материалы Всерос. дистанц. науч.-практ. конф. - Краснодар: КубГУ, 2008. - С. 56-57.

44. Савиновских, Е.Г., Бойченко, А.П. Электрохимические установки для регистрации сверхслабой электролюминесценции полиэлектролитов / Е.Г. Савиновских, А.П. Бойченко // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы: тр. XI Междунар. конф. - Ульяновск: УлГУ, 2009. - С. 227.

45. Жеребцова, В.Е., Савиновских, Е.Г., Бойченко, А.П. Исследование удельной термоизоэлектропроводности полимерных ионопроводников в растворах сернокислого натрия / В.Е. Жеребцова, Е.Г. Савиновских, А.П. Бойченко // XVI Всерос. науч. конф. студентов-физиков и молодых ученых: материалы конф. — Екатеринбург; Волгоград: Изд-во АСФ России, 2010. - С. 460.

46. Бойченко, А.П., Савиновских, Е.Г., Лазарев, A.B. Фотоэлектронная установка для спектроскопии низкоинтенсивных световых потоков / А.П. Бойченко, Е.Г. Савиновских, A.B. Лазарев // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы: тр. XII Междунар. конф. - Ульяновск: УлГУ, 2010. - С. 8-9.

47. Бойченко, А.П., Гаврилин, Д.А. Об использовании эффекта собственного светопоглощения галогенсеребряных фотоэмульсий в криминалистической диагностике бумажных документов / А.П. Бойченко, Д.А. Гаврилин // Научная сессия НИЯУ МИФИ-2011: Науч.-техн. конф.-семинар по фотонике и информационной оптике: сб. науч. тр. -М.: НИЯУ МИФИ, 2011. - С. 197-198.

48. Фролов, Д.Р., Бойченко, А.П. Исследование сенсибилизирующего действия некоторых ионов лантаноидов (III) на фотографический процесс в импульсном магнитном поле / Д.Р. Фролов, А.П. Бойченко // XVII Всерос. науч. конф. студентов-физиков и молодых ученых: материалы и тез. конф. - Екатеринбург: Изд-во АСФ России, 2011. - С. 449-450.

49. Гаврилин, Д.А., Бойченко, А.П. Газоразрядно-фотографическая диагностика рукописных текстов на бумажных носителях при их криминалистическом исследовании / Д.А. Гаврилин, А.П. Бойченко // XVII Всерос. науч. конф. студентов-физиков и молодых ученых: материалы и тез. конф. - Екатеринбург: Изд-во АСФ России, 2011. - С. 254-255.

50. Анцупов, И.Ю., Фролов, Д.Р., Зенкевич, П.Д., Бойченко, А.П. Галогенсе-ребряный фотографический материал как полупроводниковый элемент в системе конденсатора с барьерным разрядом / И.Ю. Анцупов, Д.Р. Фролов, П.Д. Зенкевич, А.П. Бойченко // Всерос. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых по физике: материалы конф. — Владивосток: ДВГУ, 2011. — С. 81—82.

51. Хонякин, C.B., Бойченко, А.П. Исследование формирования газоразрядных изображений при одиночных импульсах в многослойном конденсаторе / C.B. Хонякин, А.П. Бойченко // Всерос. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых по физике: Материалы конф. -Владивосток: ДВГУ, 2011. —С. 159-160.

52. Фролов, Д.Р., Бойченко, А.П. Электротехническая установка для исследования фотографических процессов в импульсном магнитном поле / Д.Р. Фролов, А.П. Бойченко // Всерос. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых по физике: материалы конф. — Владивосток: ДВГУ, 2011. - С. 131—132.

53. Бойченко, А.П., Хонякин, C.B. Формирование изображений скользящего искрового разряда на галогенсеребряных фотоматериалах различной светочувствительности / А.П. Бойченко, C.B. Хонякин // Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания: сб. VII студенческой Междунар. науч.-практ. конф. - Новосибирск: Изд-во ЦРНС, 2011. - С. 156-160.

54. Фролов, Д.Р., Бойченко, А.П. Исследование влияния импульсного магнитного поля на фотографический процесс / Д.Р. Фролов, А.П. Бойченко // Опто-, на-

ноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы: тр. XIII Междунар. конф. -Ульяновск: УлГУ, 2011. - С. 435-Ф36.

55. Савиновских, Е.Г., Бойченко, А.П. Низкоинтенсивная электролюминесценция полимерных полупроводников / Е.Г. Савиновских, А.П. Бойченко // Физические проблемы наноэлектроники, нанотехнологии и микросистем: сб. тр.

- Ульяновск: УлГУ, 2011. - С. 70-71.

56. Бойченко, А.П. Исследование влияния концентрации буры в проявителе D-76 на формирование газоразрядных изображений / А.П. Бойченко // Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания: сб. материалов VIII молодежной Междунар. науч.-практ. конф. - Новосибирск: Изд-во ЦРНС, 2011. - С. 197-200.

57. Мкртичян, JI.O., Бойченко, А.П. О псевдорадиационном излучении, генерируемом при газоразрядных процессах / Л.О. Мкртичян, А.П. Бойченко // Наука и современность-2011: сб. материалов XIV Междунар. науч.-практ. конф. - Новосибирск: НГТУ, 2011. - С. 212-215.

58. Бойченко, А.П., Хонякин, C.B. Исследование влияния составляющих излучения барьерного разряда на формирование газоразрядных изображений / А.П. Бойченко, C.B. Хонякин // Научные итоги 2011 года: достижения, проекты, гипотезы: сб. материалов I Междунар. науч.-практ. конф. — Новосибирск: НГТУ,

2011.-Ч. 2.-С. 39-43.

59. Савиновских, Е.Г., Бойченко, А.П. Характеристики электролюминесценции полимерных ионополупроводников / Е.Г. Савиновских, А.П. Бойченко // Всерос. конф. по фотонике и информационной оптике: сб. науч. тр. — М.: НИЯУ МИФИ, 2012.-С. 116-117.

60. Бойченко, А.П. Влияние парных световых импульсов и переменного электрического поля на чувствительность фотоматериалов / А.П. Бойченко // Наука и современность-2012: сб. материалов XVI Международной науч.-практ. конф.

- Новосибирск: НГТУ, 2012. - С. 14-18.

61. Бойченко, А.П., Хонякин, C.B. О влиянии парных световых импульсов на Эффект Ротштейна / А.П. Бойченко, C.B. Хонякин // Наука и современность-2012: сб. материалов XVI Международной науч.-практ. конф. - Новосибирск: НГТУ,

2012.-С. 18-22.

62. Бойченко, А.П. Воздействие низкочастотного электрического поля на га-логенсеребряные фотоматериалы при экспонировании парными световыми импульсами / А.П. Бойченко // Интеллектуальный потенциал XXI века: ступени познания: сб. материалов X Молодежной Междунар. науч.-практ. конф.: - Новосибирск: НГТУ, 2012. -Ч. 2. - С. 7-10.

63. Бойченко, А.П. Галогенсеребряная клидонография веерообразных стримеров барьерного разряда в воздухе атмосферного давления / А.П. Бойченко // Современные проблемы физики, биофизики и информационных технологий: сб. матер. Всерос. заочной науч.-практ. конф. — Краснодар: Краснодарский ЦНТИ, 2012.-С. 249-256.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бабиков М.А., Комаров Н.С., Сергеев A.C. Техника высоких напряжений. -M.; Л.: Госэнергоиздат, 1963.-670 с.

2. Дежкунова C.B., Сырец О.Ф., Довгялло А.Г., Рогач Л.П. Несеребряные фотоматериалы для электроразрядного метода выявления поверхностных дефектов // Дефектоскопия. - 1986. - № 4. - С. 53-57.

3. Барташевич P.A., Жиженко Г.А., Кожаринов В.В. Тонкопленочные регистрирующие покрытия для электроразрядного метода визуализации // Дефектоскопия. - 1993.-№ 7.-С. 87-91.

4. Волошина Т.В., Дронов М.А., Ефимова М.А. и др. Влияние магнитного поля на свойства фотоматериалов // Химия высоких энергий. - 2005. — Т. 39, № 3. -С. 213-217.

5. Картужанский A.JI. Критическая частота прерывистого освещения фотографического слоя и релаксационные процессы в эмульсионных кристаллах // Журн. науч. и прикл. фото- и кинематогр. — 1956. -Т. 1, № 1. — С. 10-18.

6. Диденко А.Я., Добродеев H.A., Коноплич Р.Ф., Савкин В.И. К эффекту изменения светочувствительности фотографических материалов в электрическом поле // Журн. науч. и прикл. фото- и кинематогр. - 1991. - Т. 36, № 4. - С. 277-281.

7. Колюбин A.A., Лемешко Б.Д. О возможности управления чувствительностью фотографической эмульсии посредством высокочастотного электрического поля // Журн. науч. и прикл. фото- и кинематогр. - 1972. - Т. 17, № 1. - С. 54—55.

8. Гущин Е.М., Лебедев А.Н., Сомов C.B. О диэлектрических свойствах гало-генсеребряных эмульсий // Журн. науч. и прикл. фото- и кинематогр. — 1986. -Т. 31, №2.-С. 95-98.

Бойченко Александр Павлович

НАЧАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА С ГАЛОГЕНСЕРЕБРЯНЫМИ ФОТОМАТЕРИАЛАМИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Подписано в печать 11.10.2013. Заказ № 13269. Формат 60х84|/|б- Уч.-изд. л. 2. Тираж 200 экз. Бумага Maestro. Печать трафаретная.

Отпечатано в типографии ООО «Просвещение-Юг» с оригинал-макета заказчика, г. Краснодар, ул. Селезнева, 2. Тел. 239-68-30.

ФГБОУ ВПО «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

05201450411 На пРавахРУ^писи

Бойченко Александр Павлович

НАЧАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА С ГАЛОГЕНСЕРЕБРЯНЫМИ ФОТОМАТЕРИАЛАМИ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель РФ

Яковенко Николай Андреевич

Краснодар 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................5

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В БАРЬЕРНОМ ГАЗОВОМ РАЗРЯДЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ И ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ГАЛОГЕНСЕРЕБРЯНЫМИ ФОТОМАТЕРИАЛАМИ

1.1. Физика формирования барьерного разряда.....................................25

1.2. Использование галогенсеребряных и несеребряных фотоматериалов

для визуализации газоразрядных процессов...................................44

1.3. Световое и электрополевое воздействия на галогенсеребряный фотографический процесс. Эффект Ротштейна.................................52

1.4. Электронные и электронно-оптические свойства

кристаллов галогенидов серебра..................................................63

1.5. Электрофизические свойства галогенсеребряных фотослоев

и материалов на их основе..........................................................78

Выводы к главе 1........................................................................86

2. ФОРМИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОГО РАЗРЯДА В ВОЗДУХЕ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ МЕЖДУ БАРЬЕРНЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ ГАЛОГЕНСЕРЕБРЯНЫХ ФОТОМАТЕРИЛОВ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Экспериментальные установки

и методики проведения исследований..........................................90

2.2. Временные, электрические и экспозиционные

характеристики барьерного разряда...........................................101

2.3. Спектроскопия электромагнитного

и акустического излучений барьерного разряда.................................114

Выводы к главе 2...................................................................... 126

3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАЧАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ФОТОРАСПАДА ЭМУЛЬСИОННЫХ КРИСТАЛЛОВ ГАЛОГЕНИДОВ СЕРЕБРА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

3.1. Материалы, экспериментальные установки

и методики проведения исследований.........................................131

3.2. Газоразрядная чувствительность галогенсеребряных фотоматериалов

и их химико-фотографическая обработка.................................... 137

3.3. Влияние импульсного электрического и магнитного полей

на газоразрядный фотопроцесс.....................................................152

3.4. Топография формирования серебряных центров газоразрядных изображений в микрокристаллах галоидного серебра

и автоэмиссионные свойства фотослоев на их основе..................... 162

3.5. Влияние парных световых импульсов на характер формирования изображений в импульсном и переменном импульсном электрическом поле...............................................172

Выводы к главе 3......................................................................186

4. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ИМПУЛЬСНОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА НА ГАЛОГЕНСЕРЕБРЯНЫХ ФОТОМАТЕРИАЛАХ

4.1. Модель формирования структуры газоразрядных изображений........191

4.2. Модель взаимодействия светового излучения электронных лавин барьерного разряда с микрокристаллами галоидного серебра

в импульсном и переменном импульсном электрическом поле......... 199

4.3. Обсуждение результатов моделирования....................................209

Выводы к главе 4......................................................................213

5. ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЛОГЕНСЕРЕБРЯНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ФОТОГРАФИИ

5.1. Исследование структуры электронных лавин

и стримеров импульсного барьерного разряда...............................219

5.2. Выявление и регистрация низкоинтенсивной электролюминесценции у ионных полупроводников на полимерной основе.........229

5.3. Неразрушающая диагностика скрытых дефектов в различных металлоконструкциях и полимерных композитах...........................242

5.4. Газоразрядно-криминалистическая диагностика

бумажных документов............................................................257

Выводы к главе 5......................................................................278

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................281

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................289

ПРИЛОЖЕНИЕ..........................................................................322

ВВЕДЕНИЕ

Регистрация полей и излучений различной природы является одной из актуальных задач многих областей современной физики и техники. Особую актуальность приобретает эта задача, когда требуется визуализировать быс-тропротекающие физические процессы, одновременно сопровождающиеся несколькими видами полей и/или излучений. Ярким примером являются процессы, протекающие при горении, взрывах, электрическом разряде в твердых, жидких или газообразных веществах. Благодаря многофакторности своего воздействия в настоящее время перечисленные процессы все чаще привлекаются для получения материалов и структур в них нанометрового масштаба с заданными свойствами. Наибольшее распространение в нанотех-нологиях получили плазменные методы, особенно при напылении или травлении поверхности диэлектриков и полупроводников с помощью барьерного газового разряда (БГР) [1, 2]. Кроме того, БГР нашел применение в плазмо-химии для инициирования различных химических реакций [3], и прежде всего в получении озона [4, 5], эксимерных лазерах [6], очистке сточных вод от нефтепродуктов [7], а также газоразрядных визуализаторах инфракрасного [8] и рентгеновского излучений [9], геометрических и электрических неодно-родностей самих полупроводников [10], металлических изделий [11, 12] и руд металлов [13], полимерных и композиционных материалов [14], биологических объектов [15, 16]. В ряде прикладных и научных исследований для выявления деталей структуры БГР, его пространственных и яркостных характеристик кроме фотоэлектронных и цифровых средств регистрации информации используют галогенсеребряные (А^а1) [17-19] и несеребряные фотоматериалы [20, 21].

Формирование БГР имеет ряд особенностей, отличающих его от газового разряда, зажигающегося между металлическими электродами. Во-первых, данный вид разряда всегда формируется в газовом промежутке, образованном одним или двумя электродами диэлектрической или полупроводниковой

природы, т.е. имеющим пониженную электрическую проводимость по сравнению с металлами, и таким образом являясь электрическими барьерами, они существенно ограничивают ток горения разряда. Во-вторых, результат его горения всегда отражается изменением физико-химических свойств барьеров, что в свою очередь влияет на последующий характер течения газоразрядных процессов, т.е. имеет место взаимное влияние БГР и барьеров. Следовательно, конечный результат взаимодействия разряда с диэлектрическими или полупроводниковыми материалами будет определяться его начальными (стартовыми) условиями. Поэтому знание этих условий, а также первоначальных стадий процессов взаимодействия БГР с барьерами является актуальной задачей использования данного вида разряда в вышеперечисленных областях [1-21]. Очевидно, что получение достоверной информации о начальных процессах физико-химических изменений свойств барьеров под действием разряда возможно при условии, когда сам барьер будет выступать в роли регистрирующей среды. В силу быстротечности газоразрядных процессов (~1(Г6-1(Г9 s) и их реализации в электрических полях напряженностью от ~106 V/m и выше, к таким средам предъявляется ряд требований:

1) обязательная необратимость физико-химических изменений в регистрирующей среде за время одиночного акта газоразрядного процесса, обеспечивающих их последующее усиление и фиксацию (т.е. регистрирующая среда должна обладать высокой чувствительностью к минимальному действию БГР);

2) обязательное физико-химическое изменение в регистрирующей среде от каждой составляющей одиночного акта газоразрядного процесса (электрополевой, электромагнитной и пр.);

3) возможность непосредственного размещения средства регистрации в электрическом поле большой напряженности;

4) наличие выраженных диэлектрических и/или полупроводниковых свойств, обеспечивающих достаточную электрическую прочность регистрирующей среде за время газоразрядного процесса.

Практика показала, что в настоящее время перечисленным требованиям полностью удовлетворяют фотослои из микрокристаллов (МК) А^а1, нанесенные на диэлектрическую подложку, тогда как фотоэлектронные и цифровые средства уступают таким материалам по п. 2 и 3. Кроме того, за более 170-летнюю историю галогенсеребряной фотографии всесторонне исследованные свойства кристаллов А^а1 и фоточувствительных слоев на их основе делают эти материалы модельными системами для выяснения механизмов действия на полупроводники и конденсированные среды такого специфического фактора воздействия, как БГР, открывая перспективы для разработки и создания как несеребряных материалов для его регистрации или других многофакторных воздействий, так и новых средств визуализации непосредственно размещенных в полях и излучениях различной природы и интенсивности. Несмотря на техническую и технологическую простоту способа регистрации газоразрядных процессов с помощью А^НаЬ-фотоматериалов, использование последних до сих пор не имеет научных основ, как и расшифровка зафиксированной на них информации, что в первую очередь связано с отсутствием знаний о физических процессах и их механизмах, протекающих в фотоэмульсионных МК А§На1 под действием БГР, в том числе на начальной стадии. На основании чего в настоящей диссертационной работе была поставлена цель: провести комплексные исследования физических процессов взаимодействия БГР с AgHal-фomoмamepuaлaмu, установить их основные закономерности на начальной стадии, разработав соответствующую феноменологическую физико-математическую модель, и привлечь полученные результаты для неразрушающей газоразрядной диагностики изделий из различных материалов.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

1) исследовать физические закономерности импульсного пробоя воздуха атмосферного давления в разрядном промежутке микронной толщины как в однородном, так и неоднородном электрическом поле с А§На1-

фотоматериалом на одном и обоих электродах; при данных условиях возбуждения БГР определить его временные, экспозиционные и спектрально-оптические характеристики излучения в ближнем ультрафиолетовом (УФ) и видимом диапазонах электромагнитного спектра, а также спектра акустических колебаний (АК); с учетом химического состава основных компонентов воздушной атмосферы (азота и кислорода) и полученных экспериментальных данных по физике импульсного БГР провести количественную оценку величин числа УФ-фотонов, а также скоростей их генерации одиночной электронной лавиной за время ее прохождения газоразрядного промежутка при разнополярных импульсах напряжения;

2) с использованием проявляющих растворов разнокомпонентного химического состава определить ответную реакцию различных AgHal-фотоматериалов (как стандартных, так и специально изготовленных) на минимальное газоразрядное воздействие и по величинам интегральных оптических плотностей газоразрядных изображений (ТРИ) при определенных значениях газоразрядной экспозиции (ГРЭ) оценить их газоразрядную чувствительность (ГРЧ), сопоставив ее со светочувствительностью (СЧС) этих материалов.

3) исследовать влияние импульсного электрического поля микросекундной длительности и напряженностью в AgHal-фотослое до ~107 V/m на газо-разрядно-фотографический процесс, выявив возможность формирования серебряных (Ag) центров скрытого изображения (ЦСИ) и проявляемого в МК AgHal на электрополевой стадии, т.е. до ионизации воздуха; опираясь на известные из химии магнитные и спиновые эффекты, с помощью магнитополе-вой обработки AgHal-фотоматериалов выявить в их МК «электрически неактивные» дефекты структуры, вовлекаемые в газоразрядно-фотографический процесс; установить влияние преобразованных импульсным магнитным полем (ИМИ) Ag центров СЧС и вуали на формирование ГРИ; исследовать совместное действие одиночного ИМП и вспышки света с излучением в ближ-

нем УФ диапазоне, включая действие различных сенсибилизаторов из ионов лантаноидов с различным магнитным моментом;

4) путем топографического разделения скрытого ГРИ (СГРИ) на глубинную и поверхностную составляющие, влиянием на него блокираторов ионной проводимости МК А£На1, а также на специально синтезированных А^а1-фотослоях с различной эффективностью глубинных и поверхностных электронных ловушек (центров чувствительности) исследовать при разнопо-лярных импульсах высокого напряжения характер формирования изображений БГР, в том числе при условии автоэмиссионных процессов с поверхности А|*На1-фотослоя;

5) экспериментально смоделировать условия действия БГР на А§На1-фотоматериалы путем их экспонирования парными световыми импульсами излучения ближнего УФ диапазона, синхронизированных с одиночным импульсом электрического поля, создаваемого высоковольтным напряжением, как видео-, так и радиоформы; при данных условиях исследовать возможность реализации эффекта Ротштейна с вариацией полярности импульса, напряженности поля в фотослое и периода следования световых вспышек за время действия электрополевого импульса;

6) на основе литературных данных и полученных экспериментальных результатов по выявленным закономерностям процессов взаимодействия импульсного БГР с А^а1-фотоматериалами разработать их феноменологическую физико-математическую модель; с ее помощью провести численный расчет увеличения ГРИ за время действия одиночного электрополевого импульса микросекундной длительности и фотоэлектронных процессов в разноразмерных МК А§На1 как нано-, так и микрометрового масштабов; в последнем случае при различной освещенности МК оценить кинетику изменения концентраций ионов серебра, их вакансий, фотоэлектронов и фотодырок в импульсном и переменном импульсном электрическом поле;

7) используя экспериментальные результаты по взаимодействию импульсного БГР с А£На1-фотоматериалами и физико-математического моде-

лирования протекающих при этом процессов, исследовать возможность их практического применения в различных научно-технических областях: технике высоких напряжений (ТВН) и физике БГР на предмет выявления газоразрядных процессов, одновременно протекающих в каждом из слоев многослойной высоковольтной изоляции, а также для документальной фиксации внутренней структуры электронных лавин и стримеров разряда; физике ионных полупроводников на полимерной основе, для визуализации их структуры при переходе из диэлектрического в полупроводниковое состояние; не-разрушающем контроле мостовых металлоконструкций для выявления различного рода дефектов, скрытых под слоями лакокрасочных покрытий; технико-криминалистической экспертизе различных документов на бумажных носителях на предмет их подлинности.

Научная новизна данной работы заключается в следующем.

1. Разработана феноменологическая физико-математическая модель начальных процессов взаимодействия лавинного БГР с фотоэмульсионными МК А^а1 нано- и микрометрового масштаба величинами 3-10~7 и Ю-6 т. Из модели следует, что на электрополевой стадии под действием одиночного импульса микросекундной длительности (7-10-6 и 1,3- 1(Г5 б) происходит только смещение ионов Ag+ и их вакансий в разные стороны кристалла. Причем наиболее эффективно этот процесс протекает для А§+, обладающих большей подвижностью по сравнению с их вакансиями. Освещение МК Ag-На1, в частности от БГР, кардинально меняет ситуацию с участием всех электрически заряженных частиц, так как приводит к рекомбинации возникающих электронно-дырочных пар с ионами Ag+ и их вакансиями. Показано, что кинетика протекания этого процесса за время действия электрополевого импульса видеоформы определяется характером его нарастания и спада (длительностями переднего и заднего фронтов импульса), размерами кристалла, напряженностью поля в нем и освещенностью, а в случае действия радиоимпульса переменного электрического поля - еще частотой его изменения, ин-

тенсифицируя электронно-ионную и вакансионно-дырочную рекомбинацию и указывая на реализацию эффекта Ротштейна.

2. Установлено, что импульсное электрическое поле напряженностью в AgHal-фотослое ~107 V/m и суммарной длительностью импульсов до 1,3-1 (Г4 s не образует в фотоэмульсионных МК проявляемых центров электрополевого изображения (ЭПИ). Однако даже одиночный электрополевой импульс длительностью 7-Ю-6 s оказывает существенное влияние на газоразрядно-фотографический процесс, выражающееся в увеличении интегральной оптической плотности ГРИ. При этом выявлено отсутствие каких-либо изображений в случае автоэмиссионных процессов с поверхности AgHal-фотоматериалов, покрывающих электроды газор�