방사선감광학 감광

[운영자]

빛을 쬔 물체나 화학 물질이 물리적·화학적 성질의 변화를 일으키는 현상. 청사진이나 인쇄된 책, 옷감의 색 등이 빛을 받아 색이 변하거나 바라는 현상도 감광의 한 예라고 할 수 있다. 또한, 유리나 암염 등에 방사선을 쬐면 색깔을 띠는 현상도 넓은 뜻에서 감광이라고 할 수 있다. 빛의 작용에 의해 일어나는 물질의 변화는 여러 가지 형태로 인간 생활에 이용되고 있다. 특히 빛의 작용을 이용하여 화상을 만들어 텔레비전·사진·영화 등에 이용되고 있다. 텔레비전에서는 빛 에너지를 전기 신호로 바꾸어, 송신도 하고 수신도 한다. 그리고 이 전기 신호를 다시 빛의 강약으로 바꾸어 화상을 구성한다. 이 경우에는 빛을 느끼는 물질로 광전면(빛을 전기로 바꾸는 물질로 만든 부분)을 만들고, 빛의 작용에 의해서 광전면의 물리적 성질, 즉 전기적 성질의 변화를 일으켜 빛을 검출한다. 한편, 사진이나 영화에서는 감광성 물질을 이용하여 필름을 만들고, 이것을 카메라 렌즈의 초점면에 놓고, 필름 위에 물체의 상을 맺히게 하면, 필름의 감광 물질이 화학적 변화를 일으켜 화상을 만든다. 이와 같이 빛이 작용하여, 물질의 물리적인 성질을 변화시키거나, 재료의 화학적 성질을 변화시키기도 하는데, 모두 생활에 널리 이용되고 있다. 빛의 작용을 이용해서 화상을 만들 때 사용되는 감광성 물질에는 여러 가지 성질이 요구된다. 우선 첫 번째로 아주 약한 빛도 느낄 수 있는 감도(感度)가 필요하고, 두 번째로 빛의 강약의 크기에 따라서 물리적·화학적 성질의 변화를 나타내며, 되도록 넓은 범위의 빛의 강약을 받아들일 수 있어야 한다. 세 번째로는 다양한 파장의 빛을 느끼는 성질, 즉 감색성(感色性)을 들 수 있다. 더욱이 텔레비전·사진·영화 외의 화상을 만들기 위해서는 더욱 많은 종류의 성질이 필요하다. 일반적으로 사진을 촬영할 때 사용하는 필름은 할로겐화은을 감광 물질로 쓰고 있다. 사진 필름은 얇은 투명 플라스틱 막에 할로겐화은을 이용한 사진 유제(寫眞乳劑)를 얇게 발 라 만든다. 사진 필름에 사용되는 할로겐화은은 브롬화은(AgBr)을 주로 하고 이것에 적은 양의 요오드화은(AgI)을 섞은 것이다. 브롬화은은 감광층 속에서 미세한 결정을 만드는데, 이것은 브롬화 이온(Br­)과 은 이온(Ag+)이 서로 어긋나게 늘어선 이온 결정이다. 브롬화은 결정에 빛이 닿아서 감광 작용을 나타내기 때문에, 우선 브롬화은 결정이 빛을 흡수해야만 하며, 이것이 감광의 첫 번째 과정이다. 브롬화은이 빛을 흡수하면 결정 속의 에너지 상태가 높아져, 결정 속을 자유롭게 움직일 수 있는 자유 전자를 만든다. 이 자유 전자는 수명이 아주 짧지만, 결정 속의 에너지 상태가 낮은 부분, 즉 은 원자나 황화은 또는 결정 격자의 불규칙한 부분에 붙잡힌다. 이와 같은 부분을 감광핵이라 하며, 이 감광핵에 전자가 계속해서 붙잡혀 축적되면 음전하가 형성되고, 브롬화은 결정 속의 움직일 수 있는 격자 사이의 은 이온을 끌어당겨 그 양전하를 중화한다. 그 결과 브롬화은 결정 속에서 은 원자가 석출되며, 은 원자가 네 개 이상 모이면 사진 필름이 현상되어 화상이 만들어진다. 이렇게 브롬화은 결정 속에서, 빛의 작용으로 만들어진 작은 양의 은 원자 집단을 잠상(潛像), 즉 숨은 상이라 한다. 우리가 사진기로 사진을 촬영하면 필름에는 잠상이 생긴다. 잠상은 사람의 눈으로는 보이지 않는다. 그러나, 필름을 현상(現像)하면 비로소 눈에 보이는 화상으로 나타난다. 잠상을 만들고 있는 은 원자는 현상에 의해 대량의 은 원자 집단이 되어 화상을 만든다. 이와 같이 할로겐화은을 이용한 사진에서는 현상 처리를 하여 증폭하여 높은 감도를 얻을 수 있다. 또한, 할로겐화은은 본래 가시 광선 중의 파란빛에만 감광되지만, 할로겐화은에 시아닌 색소를 첨가해서 노란색과 붉은색 등의 가시 광선 전체에 대하여 감광성을 가지게 할 수 있다. 또한, 할로겐화은은 빛의 걍약에도 민감하여, 피사체의 미묘한 상태도 잘 나타내므로 컬러 사진에 사용한다.