A Computer Simulation of Latent Image Formation in Photographic Emulsion by a Monte Carlo Method

Abstract

A digital computer analysis has been made of photon absorption, chemical sensitization and latent image distribution in a silver halide photographic emulsion, using the Bayer Hamilton model but with a different approach in treating the positive holes.

In discussing the effect of sulphur sensitization it has been assumed that silver sulphide molecules can play a dual role in latent image formation, undergoing partial thermal dissociation to increase both the number of electron traps by providing more interstitial silver ions and that of positive hole traps by forming AgS^-. The increased interstitial silver ion concentration has also been supposed to lead to an increase in the stability of single silver atoms. As to gold sensitization, it has been assumed that the main effect of gold is to enhance the developahility of latent image centres.

Parameter values for simulation under various conditions of chemical sensitization have been calculated, based upon the above assumptions. The results have, as expected, reproduced in many respects those shown by experiments. Finally, a relation between the concentration of interstitial silver ions and the sulphur content in the emulsion grain has been derived.

Résumé

On a analysé à l’aide d’un ordinateur numérique les données afférentes à l’absorption des photons, à la sensibilisation chimique et à la distribution de l’image latente dans une émulsion photographique à base d’halogénure d’argent en utilisant le modèle de Bayer-Hamilton que l’on a modifié en ce qui concerne le tratement des trous positifs.

Il a été admis, pour interpréter les effets de la sensibilisation par sulfuration, que les molécules de sulfure d’argent peuvent jouer un double rôle lors de la formation de l’image latente: elles subissent une dissociation thermique partielle qui augmente simultanément le nombre des pièges à électrons en fournissant desions argent interstitiels et le nombre de pièges à trous positifs en formant AgS , On a également admis que l’augmentation de la concentration des ions argent interstitiels accroît la stabilité des atomes d’argent isolés. Concernant la sensibilisation par les sels d’or, il a été supposé que le principal rôle de l’or est d’exalter la développabilité des germes d’image latente.

Les valeurs des paramètres de la simulation on été calculées avec ces hypothèses pour différentes conditions de la sensibilisation chimique. Comme prévu, les résultats ont rendu compte de la plupart des données expérimentales. On en a finalement déduit une relation entre la concentration des ions argent interstitiels et la teneur en sulfure des cristaux de l’émulsion photographique.

Zusammenfassung

Das Bayer-Hamilton Modell wurde in einer bzgl. der Behandlung der Defektelektronen modifizierten Form verwendet zur Berechnung der Photonen-Absorption, des Effektes der chemischen Sensibilisierung und der Latentbildkeimverteilung in fotografischen Silberhalogenidemulsionen. Für die Schwefelsensibilisierung wird angenommen, dass Silbersulfidmoleküle bein Aufbau des Latentbildes eine zweifache Rolle spielen, indem sie durch partielle thermische Dissoziation einerseits, die Konzentration der Elektronenfallen durch Bildung weiterer Zwischengitter-Silberionen andererseits auch die Konzentration an Defektelektronenfallen durch Bildung von AgS erhöhen. Es wird angenommen, dass die höhere Konzentration an Zwischengitter-Silberionen zu einer Erhöhung der Stabilität einzelner Silberatome führt. Für die Goldsensibilisierung wird angenommen, dass der Haupteffekt des Goldes in einer Erhöhung der Entwickelbarkeit der Latentbildzentren liegt. Aufgrund dieser Annahmen wurden Parame-terwerte für verschiedene Reifbedingungen durch das Simulationsprogramm berechnet. Die Rechenergebnisse stimmen, wie erwartet, in vieler Hinsicht mit den experimentellen Resultaten überein. Schliesslich wurde noch eine Beziehung zwichen der Konzentration der Zwischengitter-Silberionen und dem Schwefelgehalt am Silberhalogenidkorn abgeleitet.

Riassunto

E’ stata fatta una analisi digitale computerizzata sull’arbimento fotonico, la sensibilizzazione chimica e la distribuzione dell’immagine latente per una emulsione fotografica ad alogenuro d’argento, usando il modello di Bayer–Hamilton ma con un approccio diverso nel trattamento delle buche positive.

Nella discussione sull’effetto della sensibilizzazione solforante si è fatta l’ipotesi che le molecole di solfuro di argento possano avere un duplice ruolo nella formazione dell’immagine latente, subendo una dissociazione termica parziale che aumenta sia il numero di trappole per elettroni per l’aumento degli ioni argento interstiziali sia quello delle trappole per buche positive per formazione di AgS^- .

Inoltre viene fatta l’ipotesi che l’aumento della concentrazione degli ioni argento interstiziali comporti un aumento di stabilità dei singoli atomi di argento.

Per quanto concerne la sensibilizzazione con oro si fa l’ipotesi che il principale ruolo dell’oro sia quello di aumentare la sviluppabilità dei centri di immagine latente.

Sono stati calcolati i valori dei parametri per simulare varie condizioni di sensibilizzazione chimica, sulla base delle ipotesi sopra descritte.

I risultati hanno, come previsto, riprodotto sotto molti aspetti i valori sperimentali.

Infine è stata ottenuta una relazione fra la concentrazione degli ioni argento interstiziali e il contenuto in zolfo del granulo dell’emulsione.