胶片成像颗粒度

胶片成像颗粒度答应梁老整理一份关于胶片成像颗粒度的小文章，由于准备不够充分，恳切梁老和广大同仁指正：卤化银感光材料：卤化银感光材料的基本组成部分，系卤化银微晶在明胶溶液中的悬浮体。感光乳剂经射线照射后能发生微弱的化学变化而形成潜影，经显影后才可变为可见影像。将感光乳剂均匀涂布于支持体上即构成银盐感光材料。性质和组成：感光乳剂在室温时是奶黄色粘稠状液体，当温度降到10°C左右时即凝结成胶冻状。卤化银微晶是感光乳剂中的光敏物质，平均直径只有1ym左右。其形状可以是立方体或八面体，或具有各种不规则的形状。实用的卤化银微晶常是各种混合晶体。例如：氯化银和溴化银的混合晶体，或掺杂着少量碘化银的溴化银晶体等。这种混合晶体可使感光乳剂具有所需的感光性能。感光乳剂中的明胶使卤化银微晶分散均匀，并赋予卤化银微晶以必要的感光性能。生产过程感光乳剂的生产过程直接影响其感光度、反差和分辨率等性能。必须严格控制其原料规格和反应条件（温度和时间等），任何细微变化，都会导致感光乳剂性能的变化。在感光乳剂的生产过程中，除了配液外，从乳化开始直到制备结束都必须在暗室内的安全灯下进行。安全灯（通常为红灯）的亮度也必须严格控制。整个过程均可在全黑中进行，感光乳剂的生产分为四个阶段：配液制备感光乳剂所用多种原料，都需先配制成一定浓度溶液。乳化和物理成熟先往乳化反应釜中加入明胶溶液，然后按规定的速度加入硝酸银溶液和卤化碱金属溶液，以溴化银乳剂为例，即发生如下反应：AgN03+KBr一-AgBr+KN03反应生成的溴化银以微小的晶体均匀分散在明胶溶液中，这一过程即称为乳化过程。先将溴化钾溶液加入釜内，再将硝酸银溶液注入，称为单注法乳化过程；将硝酸银溶液和溴化钾溶液同时注入反应釜的过程，则称为双注法乳化过程。在乳化过程中生成的卤化银微晶过于细小，还要在一定温度下继续搅拌，使部分微晶溶解，利用介质中卤化银的过饱和状态，使微晶继续生长，并达到一定的尺寸。这一过程即为物理成熟过程。沉降水洗采用高分子沉降剂使感光乳剂凝聚沉降，再水洗除去水溶性盐类。曾采用冷冻切条水洗。化学成熟感光乳剂经水洗后还需在一定的温度下与微量的化学增感剂反应一定的时间，使卤化银微晶的表面上产生极微小的感光中心，从而使感光度得以大幅度地提高。这一过程即称为化学成熟过程。常用的化学增感剂有含硫化合物和贵金属盐等。化学成熟后的感光乳剂经冷凝后贮存于冷库，需要时再加热熔化，并添加一些感光乳剂添加剂，即可进行涂布而制得感光材料。涂布使感光乳剂均匀地分布在支持体表面再经冷却、干燥而制成可用的感光材料的过程，是卤化银感光材料生产工艺的重要组成部分。照相感光材料特别是彩色感光材料的涂层结构十分复杂，有的彩色胶片的涂层数多达十几层，而总厚度仅20ym左右。因此，在照相感光材料生产过程中，对感光乳剂的涂布和干燥要求十分严格:诸如涂层薄而均匀，性能一致而稳定，表面洁净而平整，不能有各种划伤、条道、疵点等弊病。为此，必须采用特别精密的涂布方法和装置。涂布方法有沉浸涂布、坡流挤压涂布和自由落帘涂布三种：沉浸涂布20世纪60年代以前普遍采用的方法。涂布辊浸入盛有涂液的涂布槽中一定的深度，支持体包紧在涂布辊上以恒定的速度向前运行，经过涂布槽时与涂液相接触即带上一定量的涂液，使之均匀分布于支持体表面。显然每通过一次涂布槽只能涂上一层涂层。涂布质量则主要取决于涂液与被涂支持体表面间的液/固润湿铺展特性。涂布速度一般限制在20m/min以下。坡流挤压涂布被涂的各层涂液分别从进料口进入挤压嘴的内腔，继而从位于内腔上部的开口缝隙流出，在倾斜的坡流面上互相叠合，并在重力作用下向下流动。涂液在挤压嘴的唇边处与保持一定间距的被涂支持体相接触，并形成一特定的液桥。通过液桥的作用，运行中的支持体被均匀涂上所需的涂层。只要叠合的各涂液层能保持层流状态，并采取措施使液桥稳定，就可以保证一次多层高速涂布的顺利进行；在总涂布量保持一定的情况下，由于实现了多层涂布，每层的涂布量即涂布厚度可大为减薄。因此，坡流挤压涂布与传统的沉浸涂布相比较，具有多层、薄层、高速的显著特点。目前，先进的坡流挤压一次可同时涂布6层以上，涂布速度可达100m/min以上。自由落帘涂布最近十多年来在坡流挤压涂布工艺基础上发展起来的新技术。涂液从涂布缝隙流出，经过一特殊的倾注式斜面，形成自由垂直落帘，转移到运行的支持体上这种方法避免了涂布间隙和液桥作用的影响，适合于每分钟达几百米以上的高速涂布。冷凝和干燥感光乳剂中存在着大量水分，涂于支持体上的乳剂，在运动过程中会发生流淌，因此要用冷风使涂层冷凝定型，使其不再有流动性，然后再进行干燥。由于感光材料涂层特性的要求，一般都采用低温（不超过40°C）、高风速（20〜30m/s）和低含水量的空气进行干燥，干燥用空气必须经特殊的空调和净化处理。工业胶片在2500倍放大下的溴化银（含其它卤化银）颗粒，如下图分布在胶片中，通常的尺寸在微米级，因胶片的型号不同，而稍有变化，而在溴化银微晶的表面上存在极微小的感光中心。2500倍放大下的溴化银颗粒溴化银颗粒模型溴化银颗粒中欠缺和多余的银原子潜影形成和显影原理：如下图，在光子作用下，溴化银点阵颗粒中，一个溴离子释放电子,这些电子在乳剂中移动，在感光中心处被俘获，即电子生成和移动的过程。感光中心吸引银离子，使银离子在感光中心银原子的数量不断增长。在此过程中，由于1个银不稳定，很有可能再次回到离子状态，所以只有已有银原子的感光中心，再次吸收新的电子，并从而吸引新的银加入后，方变得较稳定。这可以解释潜影衰退的现象：在曝光结束后，部分感光中心的银原子仅1个或少数几个，如不及时显影，很容易回到银离子，从而不会因显影形成黑度。一般的1个感光中心大约有几个到几十个银原子。在显影的过程中，显影从有银的感光中心开始显影如下图，没有形成潜影的溴化银颗粒由于显影液中抑制剂的存在，极少与显影剂反应，而在潜影处由于银原子的存在，吸收显影液中的显影剂的电子，从而吸引周围的银离子形成银丝，如下图：初步显影定影后照片，表明显影的开始部位未曝光胶片一测溴化银颗粒曝光后照片成像后单个银颗粒形态比较以上曝光前后的胶片，可发现约一半的溴化银，因未形成潜影而没有生成银原子，从而在定影过程中被去除。工业胶片与普通胶片的不同：普通胶片使其感光的是可见光，由于其直线传播，故1个光子进入胶片后，能影响的距离有限。工业射线检测过程中，使胶片感光的除主射线外还有增感屏生成的大量电子和康普顿散射形成的二次射线（包括射线作用后在工件和增感屏上形成的二次射线。射线光子的能量大，在穿透胶片的过程中，可光顾多个感光中心。说明：红点为感光中心，白点为生成的潜影；绿线和蓝线代表主射线和其形成的主光电子,其它为散射线和非主方向的电子。细颗粒胶片相对粗颗粒胶片来说其本身的颗粒小，形成的感光中心同样也不大。在射线曝光过程中相对在感光中心附近与溴化银作用生成潜影的概率要小。对于粗颗粒胶片来说，只要在颗粒上形成的潜影达到一定的数量，即可使该颗粒全部显影成银原子，而细颗粒胶片中，由于感光中心的大小被形成潜影的几率要小，而且只有感光中心上的溴化银颗粒或相邻的颗粒可能被显影形成黑度。高能主射线在胶片中作用的次数和散射的距离远高于低能射线；同时光电子和散射线的分布，同样在主方向远大于其它角度方向。胶片的显影过程，为溴化银颗粒表面银生长的过程，只要符合条件的颗粒，随着显影时间的延长，最终完全变成银原子。正常显影中，一般不完全显影以获得较好的黑度。颗粒度：总之，影响颗粒度的几个方面：1、溴化银颗粒的大小和其上感光中心的大小及分布数量；2、射线能量及射线作用的随机性;3、二次射线和光电子的影响范围（包括屏的种类和厚度、屏片接触）；4、显影程度和显影剂的种类