На главную
Содержание

ФОТОМЕТРИЯ-ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ

ФОТОМЕТРИЯ (от фото... и ... метрия), раздел физической оптики, в к-ром рассматриваются энергетич. характеристики оптического излучения, испускаемого источниками, распространяющегося в различных средах и взаимодействующего с телами. При этом энергия электромагнитных колебаний оптич. диапазона усредняется по малым интервалам времени, к-рые, однако, значительно превышают период таких колебаний. Ф. охватывает как экспериментальные методы и средства измерений фотометрических величин, так и относящиеся к этим величинам теоретич. положения и расчёты.

Осн. энергетич. понятием Ф. является поток излучения Фе, имеющий физич. смысл средней мощности, переносимой электромагнитным излучением. Пространственное распределение Фе описывают энергетические фотометрические величины, производные от потока излучения по площади и (или) телесному углу. В фотометрии импульсной применяются также интегральные по времени фотометрич. величины. В узком смысле Ф. иногда наз. измерения и расчёт величин, относящихся к наиболее употребительной системе редуцированных фотометрических величин - системе световых величин (освещённости, силы света, яркости, освечивания, светимости и пр.; соответствующие энергетические фотометрические величины - энергетическая освещённость, энергетическая сила света, энергетич. яркость и т. д.). Световые величины - это фотометрич. величины, редуцированные в соответствии со спектральной чувствительностью т. н. среднего светлоадаптированного человеческого глаза (важнейшего для деятельности человека приёмника света; см. Адаптация физиологическая; об условиях, при к-рых получают характеристики среднего глаза как приёмника, см. ст. Световые величины). Применяются и др. системы редуцированных (по отношению к др. приёмникам) фотометрич. величин: эритемные, бактерицидные, фотосинтетические. Изучение зависимостей фотометрич. величин от длины волны излучения и спектральных плотностей энергетич. величин составляет предмет спектрофотометрии и спектрорадиометрии. Методы Ф. широко применяются в астрономии для исследования космич. источников излучения в различных диапазонах спектра излучения (см. Астрофотометрия, Показатель цвета). Сведение Ф. лишь к измерениям световых величин ошибочно.

Фундаментальный для Ф. закон Е = I/lг, согласно к-рому освещённость Е изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния l от точечного источника с силой света /, был сформулирован И. Кеплером в 1604. Однако основоположником экспериментальной Ф. следует считать П. Бугера, к-рый опубликовал в 1729 описание визуального метода количественного сравнения источников света - установления (путём изменения расстояний до источников) равенства освещённостей соседних поверхностей с использованием в качестве прибора глаза. Методы визуальной Ф. применяются в отд. случаях до наст. времени (2-я пол. 20 в.) и в результате работ сов. учёных, к-рые ввели понятие т. н. эквивалентной яркости, распространены на область малых яркостей. В зависимости от используемых методов измерения фо-тометрич. величин Ф. условно делят на визуальную, фотографическую, фотоэлектрическую, фотохимическую и так далее.

Начатое И. Ламбертом (1760) развитие теоретич. методов Ф. нашло обобщённое выражение в теории светового поля, доведённой до стройной системы сов. учёным А. А. Гершуном (30-е гг. 20 в.). Совр. теоретич. Ф. распространена на мутные среды. Теоретич. Ф. основывается на соотношении dФе. = LedG, выражающем в дифференциальной форме закон квадратов расстояний; здесь dФе - дифференциал потока излучения элементарного пучка лучей, мерой множества к-рых (см. Мера множества) является дифференциал dG фактора геометрического, Lе- энергетич. яркость излучения. Фотом етрич. свойства веществ и тел характеризуются пропускания коэффициентами г, отражения коэффициентами р и поглощения коэффициентами а, к-рые для одного и того же тела связаны очевидным соотношением т+ р + а = 1. Ослабление потока излучения узконаправленного пучка при прохождении через вещество описывается Бугера - Ламберта - Бера законом.

Экспериментальные методы Ф. основаны на абс. и относит. измерениях потока излучения различными селективными и неселективными приёмниками излучения (т. е. приёмниками, реакция к-рых зависит или не зависит от длины волны излучения). Для определения размерных фотометрич. величин применяют либо фотометры с непосредственным сравнением неизвестного и известного потоков, либо фотометры, предварительно градуированные в соответствующих единицах измерения энергетич. или редуцированных фотометрич. величин. В частности, для передачи значений световых величин обычно используют сличаемые с гос. световыми эталонами образцовые и рабочие светоизмерительные лампы - источники с известными фотометрич. характеристиками. Ф. лазерного излучения в основном построена по принципу использования образцовых и рабочих спектрально неселективных приёмников излучения, сличаемых с гос. эталонами мощности и энергии когерентного излучения лазеров. Измерение безразмерных величин т и р выполняется фотометрами с применением относительных методов, путём регистрации отношения реакций линейного приёмника излучения на соответствующие потоки излучения. Применяется также уравнивание реакций линейного или нелинейного приёмника излучения изменением по определённому закону в известное число раз сравниваемых потоков излучения.

Теоретич. и экспериментальные методы Ф. находят применение в светотехнике и технике сигнализации, в астрономии и астрофизике, при расчёте переноса излучения в плазме газоразрядных источников света и звёзд, при химич. анализе веществ, в пирометрии, при расчётах теплообмена излучением и во мн. др. областях науки и производства.

Лит.: Бугер П., Оптический трактат о градации света, пер. с франц., М., 1950; Гершун А. А., Избр. труды по фотометрии и светотехнике, М., 1958; Мешков

В. В., Основы светотехники, ч. 1 - 2, М. -Л., 1957 - 61; Тиходеев П. М., Световые измерения в светотехнике. (Фотометрия), 2 изд., М.- Л., 1962; Волькенштейн

А. А., Визуальная фотометрия малых яркостей, М.-Л., 1965; Сапожников Р. А., Теоретическая фотометрия, 2 изд., Л., 1967; Гуревич М. М., Введение в фотометрию, Л., 1968. А. С. Дойников.

ФОТОМЕТРИЯ ИМПУЛЬСНАЯ, раздел фотометрии, в к-ром изучают импульсные потоки излучения и оценивают их параметры в интервалах времени, меньших периодов повторения исследуемых импульсов излучения.

После исследований, относившихся к т. н. проблесковым огням (франц. учёные А. Блондель и Ж. Рей), к-рые были выполнены в кон. 19 - нач. 20 вв., а также работ 20-30-х гг. 20 в., подытоженных французской фотомет-ристкой М. Моро-Ано, современное развитие Ф. и. началось в 50-60-е гг. и связано с применением импульсных ламп и лазеров.

Ф. и. включает расчёт и измерение энергетич., пространственных, спектральных и временных характеристик источников импульсного излучения, теоретич. обоснование методов и расчёт погрешностей измерений, а также метрологич. обеспечение единства измерений (о том, насколько это важно, можно судить по приводимым в ст. Фотометр типичным значениям погрешностей). Система фотометрических величин в Ф. и. дополняется интегралами по времени от энергетических фотометрических величин и световых величин (освечивание, экспозиция, интеграл яркости по времени), характеризующими энергию импульсов излучения, а также величинами (параметрами), используемыми в измерительной импульсной технике.

Плотность потоков излучения импульсных источников, особенно в нано- и пико-секундном диапазонах длительностей импульсов (10-12 - 10-9сек), часто достигает значений, при к-рых не выполняются те или иные законы классич. фотометрии, безусловно справедливые в области постоянства т. н. передаточной функции оптич. материалов и приёмников излучения. Эта функция характеризует ряд важных свойств оптич. сред и приёмников света при воздействии на них импульсов излучения или меняющегося во времени излучения вообще, напр. пропускания коэффициент образца среды или спектральную чувствительность фотоприёмника в определённый момент времени. Развитие лазерной техники ставит перед Ф. и. задачи разработки новых методов измерений, таких, как детектирование световых импульсов нелинейными кристаллами (см. Нелинейная оптика), автоматическая обработка получаемых результатов измерения и создание приёмников излучения с высоким временным разрешением и с широким диапазоном линейной зависимости реакции приёмника от изменения воздействующего потока излучения.

Импульсные методы измерения излучений, обеспечивающие высокие точность и чувствительность, применяются и для получения фотометрич. характеристик тел (коэфф. пропускания, отражения коэффициента и др.). Эти методы весьма перспективны в связи с применением в схемах фотометров цифровой вычислительной техники, быстродействие к-рой согласуется с длительностью импульсов распространённых источников излучения (обработка информации ведётся в т. н. реальном масштабе времени).

Лит.: Волькенштейн А. А., Кувалдин Э. В., Фотоэлектрическая импульсная фотометрия, Л., 1975.

Э. В. Кувалдин.

ФОТОМЕТРИЯ ПЛАМЕННАЯ, один из видов эмиссионного спектрального анализа. Применяется гл. обр. для количеств. определения в растворах атомов мн. металлов и редкоземельных элементов по их спектральным линиям или полосам. Источником возбуждения спектров является пламя светильного газа, водорода, ацетилена или дициана. Анализируемый раствор инжектируется в пламя в виде аэрозоля в токе кислорода или воздуха. Наиболее распространено водород-кислородное пламя, характеризующееся достаточно высокой температурой (2900 К), малой интенсивностью собственного излучения и отсутствием в пламени твёрдых частиц при неполном сгорании.

Определяемое излучение выделяется узкополосным фильтром или монохроматором, в к-ром в качестве диспергирующего элемента применяется призма или дифракционная решётка. Благодаря сравнительной простоте спектров пламени и высокой стабильности излучения пламени измерение интенсивностей спектральных линий производится почти исключительно фотоэлектрич. способом. Приёмником излучения служит фотоэлемент или фотоэлектронный умножитель, а регистрирующим прибором - гальванометр или самописец. Регистрация спектральных линий или полос на самописце обычно проводится методом сканирования, полученная запись выражает зависимость интенсивности излучения от длины волны. Мерой концентрации исследуемого элемента служит интенсивность его спектральной линии. Зависимость интенсивности линий от концентрации устанавливается по результатам фотометрирования спектров эталонных растворов. Преимущества Ф. п.- точность, скорость и высокая чувствительность (для щелочных элементов 0,01 мкг/мл, для щёлочноземельных - 0,1 мкг/мл). Для анализа по методу Ф. п. применяют спектрофотометры с автоматической регистрацией спектров и выдачей результатов .

Лит. см. при ст. Спектральный анализ.

ФОТОМЕТРИЯ ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ, раздел фотометрии, в к-ром рассматриваются методы количеств. оценки излучения с помощью фотографических материалов. Методы Ф. ф. применяют преимущественно при малой ин тенсивности измеряемого излучения, напр. в астрономии.

Лит.: Миз К., Джеймс Т., Теория фотографического процесса, пер. с англ., Л., 1973.

ФОТОМОНТАЖ (от фото... имонтаж), метод печатания фотоснимка с двух или неск. негативов; изображение, полученное этим методом. При Ф. нередко используют графич. материал. При механическом способе Ф. из фотографий вырезают нужные изображения, подгоняют их путём увеличения под необходимый масштаб, склеивают на листе бумаги, ретушируют, затем переснимают. При проекционном способе Ф.на фотобумаге последовательно печатают изображения с ряда негативов. При этом нередко используют т. н. маски, последовательно перекрывающие те или иные части негатива. Ф. широко применяется при изготовлении плакатов, реклам, политич. карикатур и т. д. Среди крупнейших мастеров Ф.: А. С. Житомирский, Г. Г. Клуцис, В. Б. Корецкий, Л. М. Лисицкий, А. М. Родченко (СССР), Дж. Хартфилд (ГДР).

Лит.: Fotografie 73. Специальное ревю художественной фотографии, 1973, № 3.

ФОТОН (от греч. phos, род. падеж photоs - свет), элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле - света). Масса покоя то Ф. равна нулю (из опытных данных следует, что во всяком случае т0 <= 4*10-2lme, где те - масса электрона), и поэтому его скорость равна скорости света с=3*1010 см/сек. Спин (собственный момент количества движения) Ф. равен 1 (в единицах h = h/2п, где h = 6,624 • 10-27 эрг*сек- постоянная Планка), и, следовательно, Ф. относится к бозонам. Частица со спином J и ненулевой массой покоя имеет 2J + 1 спиновых состояний, различающихся проекцией спина, но в связи с тем, что у Ф. т0 = 0, он может находиться только в двух спиновых состояниях с проекциями спина на направление движения ±1; этому свойству Ф. в классич. электродинамике соответствует поперечность электромагнитной волны. Т. к. не существует системы отсчёта, в к-рой Ф. покоится, ему нельзя приписать определённой внутренней чётности. По электрич. и магнитной мультипольностям системы зарядов (2l-поля; см. Мулътиполъ), излучившей данный Ф., различают состояния Ф. электрич. и магнитного типа; чётность электрич. мульти польного Ф. равна (-1)l, магнитного (-1)l+1. Ф.- абсолютно (истинно) нейтральная частица и поэтому обладает определённым значением зарядовой чётности (см. Зарядовое сопряжение), равным -1. Кроме электромагнитного взаимодействия, Ф. участвует в гравитационном взаимодействии.

Представление о Ф. возникло в ходе развития квантовой теории и теории относительности. (Сам термин "фотон" появился лишь в 1929.) В 1900 М. Планк получил формулу для спектра теплового излучения абс. чёрного тела (см. Планка закон излучения), исходя из предположения, что излучение электромагнитных волн происходит определёнными порциями - "квантами", энергия к-рых может принимать лишь дискретный ряд значений, кратных неделимой порции-кванту hv, где v- частота электромагнитной волны. Развивая идею Планка, А. Эйнштейн ввёл гипотезу световых квантов, согласно к-рой эта дискретность обусловлена не механизмом поглощения и испускания, а тем, что само излучение состоит из "неделимых квантов энергии, поглощаемых или испускаемых только целиком" (А. Эйнштейн, Собр. науч. трудов, т. 3, с. 93, М., 1966). Это позволило Эйнштейну объяснить ряд закономерностей фотоэффекта, люминесценции, фотохимич. реакций. В то же время созданная Эйнштейном специальная теория относительности (1905) привела к отказу от объяснения электромагнитных волн колебаниями особой среды - эфира, и тем самым создала предпосылки для того, чтобы считать излучение одной из форм материи, а световые кванты - реальными элементарными частицами. В опытах А. Комптона по рассеянию рентгеновских лучей было установлено, что кванты излучения подчиняются тем же кинематич. законам, что и частицы вещества, в частности кванту излучения с частотой v необходимо приписать также и импульс hv/с (см. Комптона эффект).

К сер. 30-х гг. в результате развития квантовой механики стало ясно, что ни наличие волновых свойств, проявляющихся в волновых свойствах света, ни способность исчезать или появляться в актах поглощения и излучения не выделяют Ф. среди других элементарных частиц. Оказалось, что частицы вещества, напр. электроны, обладают волновыми свойствами (см. Волны де Бройля, Дифракция частиц), и была установлена возможность взаимопревращения пар электронов и позитронов в Ф.: например в электростатическом поле атомного ядра Ф. с энергией выше 1 Мэв (фотоны с энергией выше 100 кэв часто называют у- квантами) может превратиться в электрон и позитрон (процесс рождения пары) и, наоборот, столкновение электрона и позитрона приводит к превращению их в два (или три) у-кванта (аннигиляция пары; см. Аннигиляция и рождение пар).

Совр. теорией, последовательно описывающей взаимодействия Ф., электронов и позитронов с учётом их возможных взаимопревращений, является квантовая электродинамика (см. Квантовая теория поля). Она рассматривает электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами как процесс обмена виртуальными Ф. (см. Виртуальные частицы). Сами Ф. через образование виртуальных электрон-позитронных пар также могут взаимодействовать между со-

бой, однако вероятность такого взаимодействия очень мала и экспериментально оно не наблюдалось. При рассеянии Ф. высоких энергий на адронах и атомных ядрах следует учитывать, что Ф. может превращаться виртуально в совокупность адронов, к-рые сильно взаимодействуют с адронами мишени. В то же время виртуальный Ф., возникающий, напр., при аннигиляции электрона и позитрона высоких энергий, может превращаться в реальные адроны. (Такие процессы наблюдаются на встречных электрон-позитронных пучках.) Описание взаимодействия реальных и виртуальных Ф. с адронами осуществляется с помощью различных теоретич. моделей, напр. векторной доминантности (см. Электромагнитные взаимодействия), модели пар-тонов и др.

С конца 60-х гг. развивается единая теория электромагнитных и слабых взаимодействий, в к-рой Ф. выступает вместе с тремя гипотетич. "переносчиками" слабых взаимодействии - векторными бозонами (двумя заряженными W+, W~ и одним нейтральным Z°).

Общеизвестные источники Ф.- источники света. Источниками у-квантов являются радиоактивные изотопы, а также мишени, облучаемые ускоренными электронами.

Лит.: Эйнштейн А., О развитии наших взглядов на сущность и структуру излучения.

Собр. науч. трудов, т. 3, М., 1966, с. 181; Б о м Д., Квантовая теория, пер. с англ., 2 изд., М., 1965. Э. А. Тагиров.

ФОТОНАБОР, изготовление текстовых фотоформ в виде диапозитивов или негативов для последующего изготовления печатных форм (см. Наборное производство). Выполняется с помощью фотонаборных машин.

ФОТОНАБОРНАЯ МАШИНА, наборная машина, в к-рой буквы и знаки текста воспроизводятся фотографич. путём на светочувствительном материале (фотоплёнке или фотобумаге). Полученные текстовые диапозитивы (или негативы) используются для изготовления печатных форм (см. Наборное производство). Наибольшее распространение получили след. виды Ф. м., отличающиеся конструкцией, технологич. возможностями, производительностью и принципами работы: фотонаборные установки; полуавтоматы, созданные на базе наборно-литейных машин; электронно-механич. фотонаборные автоматы; фотонаборные системы с электроннолучевыми трубками (ЭЛТ). В фотонаборных установках, напр. СФК (СССР), знаки шрифтоносителя (обычно пластинки с негативным изображением буквы или знака) вручную набираются и устанавливаются в верстатку для построчного фотографирования. Установки используются для набора небольших текстов (заголовков, надписей на картах). В полуавтоматах, созданных на базе наборно-литейных машин, отливные устройства заменены фотографирующими, матрицы - фотолитерами. Принцип работы их тот же, что и наборно-литейных машин, скорость фотографирования до 8 знаков в 1 сек. К таким полуавтоматам относятся, напр., "Фотосеттер" (США), созданный на базе линотипа и применяемый для несложных текстов; "Монофото" (Великобритания), построенный на базе монотипа и позволяющий набирать более сложные тексты. Электронно-механич. фотонаборные автоматы применяются для набора простых и усложнённых текстов. Скорость фотографирования до 100 знаков в 1 сек. К таким машинам относятся: ФА-500 (СССР), "Фотон" (Великобритания), "Линофильм-Европа" (ФРГ) и др. Ф. м. этого типа состоят из управляющего и фотонаборного устройств. Специализированная ЭВМ вырабатывает по заданной программе сигналы, управляющие работой фотонаборного устройства, которое осуществляет побуквенное фотографирование знаков текста с вращающегося или иного шрифтоносителя. На рис. показа на оптическая схема Ф. м. "Фотон", в к-рой световой луч от импульсной лампы, расположенной внутри барабана (шрифтоносителя), проходит через изображение нужного знака, оптич. систему и проецирует изображение знака на фотоплёнку или фотобумагу.

Принцип действия фотонаборных систем с ЭЛТ основан на воспроизведении знаков, строк (иногда страниц) на экране ЭЛТ и проецировании их на фотоматериал. Эти системы могут быть с т. н. вещественными шрифтоносителями, напр. "Линотрон" (Великобритания), или с электронным запоминающим устройством, в к-ром изображения знаков (иногда и рисунков) закодированы в цифровой форме, напр. "Дигисет" (ФРГ). Последние имеют широкий ассортимент шрифтов и обладают скоростью фотографирования более 1000 знаков в 1 сек. Управление системой с ЭЛТ может осуществляться как от программы, записанной на перфоленту, магнитную ленту и т. п., так и от ЭВМ. Применяются для переработки большого текстового объёма на крупных полиграфич. предприятиях или в фотонаборных центрах. Ф. м. получают широкое распространение, т. к. во мн. случаях по сравнению с машинами металлич. набора значительно ускоряются наборные процессы, обеспечивается высоко-качеств. воспроизведение текста, резко снижается потребность в дефицитных типографских сплавах и т. д. Ф. м. применяются для изготовления печатных форм для офсетной, глубокой и высокой печати.

Лит.: Молин А. Я., Фотонабор, М., 1972; Петрокас Л. В., Шнееров Л. А.,
Машины наборного производства, М., 1973. Н. Н. Полянский.

ФОТОНАСТИЯ (от фото... и настии), движение органов растений (листьев, лепестков) под влиянием ненаправленного (в отличие от фототропизма) и пространственно равномерного освещения (напр., раскрывание и закрывание венчиков цветков и цветочных корзинок). Ф. происходит или вследствие ускорения роста, или вследствие изменения тургора клеток одной стороны органа. Часто Ф. зависит от комбинированного влияния освещения и темп-ры; если при этом движения органов связаны со сменой дня и ночи, то их называют никтинастическими (см. Никтинастии).

ФОТОННЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, гипотетич. ракетный двигатель, тяга к-рого создаётся направленным истечением фотонов.

ФОТОПЕРИОДИЗМ (от фото... и период), реакция организмов на суточный ритм лучистой энергии, т. е. на соотношение светлого и тёмного периодов суток. Ф. присущ растениям и животным и проявляется в разнообразных процессах жизнедеятельности .

Ф. у растений - способность перехода от развития и роста вегетативных органов растений к формированию репродуктивных, к зацветанию под влиянием фотоперибдов. Термин "Ф." предложили в 1920 амер. учёные У. Гарнер и Г. Аллард, открывшие это явление. По характеру фотопериодич. реакции зацветания растения делятся на: нейтральные, не обладающие фотопериодич. чувствительностью и зацветающие почти одновременно при любой длине дня (конские бобы, гречиха); короткодневные, развитие к-рых замедляется при длине дня более 10-12 ч (просо, кукуруза, перилла и др.); длиннодневные, развитие к-рых идёт наиболее интенсивно при 24-часовом освещении и замедляется при укорочении дня (пшеница, салат, горчица и др.); промежуточные (стенофотопе-риодические), зацветающие при средней длине дня (напр., тропич. растения Mi-cania scandens, Tephrosia Candida) и не зацветающие ни на коротком (менее 10 ч), ни на длинном (более 16 ч) дне; крайнедневные (амфифотопериодиче-ские), зацветающие как на коротком (менее 10 ч), так и на длинном (более 16 ч) дне (Madia elegans, Setaria verticilla-ta); коротко-длиннодневные (напр., Scabiosa succisa), быстро зацветающие при выращивании их вначале на коротком, а затем на длинном дне; длинно - короткодневные (напр., Cestrum nosturnum), быстро зацветающие при выращивании их на длинном дне, а затем на коротком. Принадлежность растений к той или иной группе зависит от их географич. происхождения и распространения: растения короткого дня произрастают в тропич. и субтропич. областях, растения длинного дня - гл. обр. в умеренных и сев. широтах. Это указывает на приспособительный характер фотопериодич. реакции не только к длине дня как экологич. фактору, но и ко всему комплексу внешних условий. Ф.- своеобразные часы, синхронизирующие ритм онтогенеза с сезонным ритмом. Напр., растения короткого дня приспособились к жизни в условиях жаркого и сухого лета субтропиков или, наоборот, к условиям периодических проливных дождей и при более длинном дне в эти сезоны не цветут и не плодоносят.

Восприятие фотопериодич. условий осуществляется рядом пигментных систем (напр., фитохромом) листьев, в к-рых при изменении обмена веществ образуются фитогормоны и меняется баланс между стимуляторами и ингибиторами цветения. При передвижении продуктов фотосинтеза в верхушки стеблей и стеблевые почки создаётся возможность образования цветочных зачатков. Т. о., Ф. процесса зацветания разграничивается на листовую и стеблевую фазы. Природу процессов, лежащих в основе явлений Ф. зацветания, по-видимому, надо искать в соотношениях трофических и гормональных факторов, т. е. по взаимосвязи процессов фотосинтеза и дыхания с последующими специфич. процессами, происходящими на свету или в темноте, ведущими к биосинтезу конечных продуктов, обусловливающих репродуктивное развитие. Ф., влияя на ростовые процессы, на скорость развития, на соотношение этих процессов, влияет тем самым на морфогенез (образование клубней, луковиц, корнеплодов, на форму стеблей и листьев и т. д.), на физиологич. особенности - устойчивость к морозу и засухе, к заболеваниям, состояние покоя у растений. Регуляция процессов роста и развития с помощью Ф. используется в практике селекции и семеноводства, овощеводства и цветоводства.

Лит.: Самыгин Г. А., Фотопериодизм растений, "Тр. Ин-та физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР", 1946, т.З, в. 2; Клешнин А. Ф., Растение и свет, М., 1954; Мошков Б. С., Фотопериодизм растений, Л.- М., 1961; Разумов В. И., Среда и развитие растений, 2 изд., Л.-М., 1961; Чайлахян М. X., Факторы генеративного развития растений, М., 1964; Аксенова Н. П., Баврина Т. В., Константинова Т. Н., Цветение и его фотопериодическая регуляция, М., 1973; Шульгин И. А., Растение и солнце, Л., 1973. И. А. Шульгин.

Ф. у животных. Способность реагировать на изменение продолжительности дня и ночи в суточном цикле присуща мн. группам животных: насекомым, клещам, рыбам, птицам, млекопитающим и др. Фотопериодич. реакции животных контролируют наступление и прекращение брачного периода, плодовитость, осенние и весенние линьки, переход к зимней спячке, чередование обоеполых и партеногенетич. поколений, миграции, развитие (активное или с диапаузой) и др. сезонные приспособит. явления. Особенности фотопериодич. реакций определяются наследственностью и поддаются селекции. Физиол. и биохим. основы Ф. во многом неясны. Предполагают, что они осуществляются путём сложной цепи нервнорефлекторных и гормональных реакций. Почти несомненно, что Ф. связан с биологическими ритмами (циркад-ными). Познание механизмов Ф. позволит прогнозировать фенологию, динамику численности насекомых в природе, разводить полезных насекомых-энтомофагов, управлять развитием животных при их пром. разведении (искусств, продление дня в осенне-зимний период, стимулирующее яйцекладку у птиц, используется в птицеводстве).

Лит.: Данилевский А. С., Фотопериодизм и сезонное развитие насекомых, Л., 1961; Фотопериодизм животных и растений, Л., 1976; Wо1fsоn A., Animal pho-toperiodism, "Photophysiology", 1964, v. 2.

ФОТОПЛАН, точный фотографический план местности, изготавливаемый преимущественно для картографич. целей. Ф. монтируют по геодезич. точкам на недеформирующейся основе, используя т. н. "трансформированные снимки", т. е. приведённые к заданному масштабу и горизонтальному положению путём устранения на особом приборе искажений за наклоны оси фотоаппарата при съёмке и за неровность заснятой поверхности. Для составления Ф. с высокими измерительными и изобразительными качествами в основном используются центр. части перекрывающихся смежных снимков, полученных при аэро- или космич. фотосъёмке. В процессе изготовления Ф. крупных масштабов наряду с вырезанием и механич. монтажом отпечатков снимков (см. Фотосхема) начали применять оптический монтаж, т. е. поочерёдное оп-тич. проектирование соответствующих частей негативов снимков на фотооснову Ф. Изготовлять Ф. на горные районы значительно сложнее, чем на равнинные, из-за большой амплитуды высот местности. В связи с этим дополнительно разработан метод дифференциального трансформирования снимков с получением особого Ф., наз. ортофотопланом. Методика составления Ф. по снимкам, воспроизводящим местность с экрана сканирующих систем (см. Фотоэлектронная аэросъёмка), а также по наземным и подводным снимкам, находится ещё на стадии разработки. Ф. изготовляются строго в рамках трапеций топографич. карт и являются исходным материалом при их создании. Нередко Ф. непосредственно применяются при проектно-изыскательских работах; они необходимы и для составления фотокарт. Л.М.Гольдман

ФОТОЛОЛИМЕРНАЯ ПЕЧАТНАЯ ФОРМА, форма высокой печати, печатающие элементы к-рой получают в результате действия света на полимерную композицию (т. н. фотополимерную композицию - ФПК). Эти композиции представляют собой твёрдые или жидкие (текучие) полимерные материалы, к-рые под действием интенсивного источника света становятся нерастворимыми в обычных для них растворителях, жидкие ФПК переходят в твёрдое состояние, а твёр дые дополнительно полимеризуются.В состав ФПК, кроме полимера (полиамид, полиакрилат, эфир целлюлозы, полиуретан и т. п.), входит в небольших количествах фотоинициатор (напр., бензоин). Ф. п. ф. из твёрдых композиций впервые появились в кон. 50-х гг. 20 в. в США, а спустя неск. лет в Японии стали применяться Ф. п. ф. из жидких композиций.

Для изготовления Ф. п. ф. из твёрдых ФПК используют тонкие алюминиевые или стальные листы с нанесённым на них слоем ФПК толщиной 0,4-0,5 мм. Процесс получения Ф. п. ф. состоит из экспонирования негатива, вымывания незапо-лимеризовавшегося слоя в пробельных участках и сушки готовой формы.

Для изготовления Ф. п. ф. из жидких ФПК в спец. устройство (напр., кювета из прозрачного бесцветного стекла) помещают негатив, закрывают его прозрачной тонкой бесцветной плёнкой и заливают ФПК. После этого производят экспонирование с двух сторон, в результате чего со стороны негатива образуются заполи-меризовавшиеся (твёрдые) печатающие элементы, а с противоположной стороны - подложка формы. Затем струёй растворителя вымывают незаполимеризовавшуюся композицию с пробельных элементов и высушивают готовую форму. Ф. п. ф. (часто наз. полноформатными гибкими формами) применяются для печатания журналов и книг, в т. ч. с цветными иллюстрациями. Они просты в изготовлении, имеют небольшую массу, высокую тиражеустойчивость (до 1 млн. оттисков), позволяют широко использовать фотонабор и не требуют больших затрат времени на подготовит. операции при печатании тиража.

Лит.: Синяков Н. И., Технология изготовления фотомеханических печатных форм, 2 изд., М., 1974. Н. Н. Полянский.

ФОТОПРОВОДИМОСТЬ, фоторезистивный эффект, увеличение электропроводности полупроводника под действием электромагнитного излучения. Впервые Ф. наблюдалась в Se У. Смитом (США) в 1873. Обычно Ф. обусловлена увеличением концентрации носителей тока под действием света (концентрационная Ф.). Она возникает в результате неск. процессов: фотоны "вырывают" электроны из валентной зоны и "забрасывают" их в зону проводимости (рис. 1), при этом одновременно возрастает число электронов проводимости и дырок (собственная Ф.); электроны из заполненной зоны забрасываются на свободные примесные уровни - возрастает число дырок (дырочная примесная Ф.); электроны забрасываются с примесных уровней в зону проводимости (электронная примесная Ф.). Возможно комбинированное возбуждение Ф. "собственным" и "примесным" светом: "собственное" возбуждение в результате последующих процессов захвата носителей приводит к заполнению примесных центров и, следовательно, к появлению примесной Ф. (индуцированная примесная Ф.). Концентрационная Ф. может возникать только при возбуждении достаточно коротковолновым излучением, когда энергия фотонов превышает либо ширину запрещённой зоны (в случае собственной и индуцированной Ф.), либо расстояние между одной из зон и примесным уровнем (в случае электронной или дырочной примесной Ф.).

В той или иной степени Ф. обладают все неметаллич. твёрдые тела. Наиболее изучена и широко применяется в технике Ф. полупроводников Ge, Si, Se, CdS, CdSe, InSb, GaAs, PbS и др. Величина концентрационной Ф. пропорциональна квантовому выходу n (отношению числа образующихся носителей к общему числу поглощённых фотонов) и времени жизни неравновесных (избыточных) носителей, возбуждаемых светом (фотоносиnелей).

При освещении видимым све том n обычно меньше 1 из-за "конкурирующих" процессов, приводящих к поглощению света, но не связанных с образованием фотоносителей (возбуждение экситонов, примесных атомов, колебаний кристаллической решётки и др.). При облучении вещества ультрафиолетовым или более жёстким излучением n >1, т. к. энергия фотона достаточно велика, чтобы не только вырвать электрон из заполненной зоны, но и сообщить ему кинетич. энергию, достаточную для ударной ионизации. Время жизни носителя (т. е. время, к-рое он в среднем проводит в свободном состоянии ) определяется процессами рекомбинации. При прямой (межзонной) рекомбинации фотоэлектрон сразу переходит из зоны проводимости в валентную зону. В случае рекомбинации через примесные центры электрон сначала захватывается примесным центром, а затем попадает в валентную зону. В зависимости от структуры материала, степени его чистоты и темп-ры время жизни может меняться в пределах от долей сек до 10-8 сек.

Зависимость Ф. от частоты излучения определяется спектром поглощения полупроводника. По мере увеличения коэфф. поглощения Ф. сначала достигает максимума, а затем падает. Спад Ф. объясняется тем, что при большом коэфф. поглощения весь свет поглощается в поверхностном слое проводника, где очень велика скорость рекомбинации носителей (поверхностная рекомбинация, рис. 2).

Возможны и др. виды Ф., не связанные с изменением концентрации свободных носителей. Так, при поглощении свободными носителями длинноволнового электромагнитного излучения, не вызывающего межзонных переходов и ионизации примесных центров, происходит увеличение энергии ("разогрев") носителей, что приводит к изменению их подвижности и, следовательно, к увеличению электропроводности. Такая подвижноcтная

Ф. убывает при высоких частотах и перестаёт зависеть от частоты при низких частотах. Изменение подвижности под действием излучения может быть обусловлено не только увеличением энергии носителей, но и влиянием излучения на процессы рассеяния электронов кристаллич. решёткой.

Изучение Ф.- один из наиболее эффективных способов исследования свойств твёрдых тел. Явление Ф. используется для создания фоторезисторов, чувствительных и малоинерционных приёмников излучения в очень широком диапазоне длин волн - от y-лучей до диапазона сверхвысоких частот.

Лит.: Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Стильбанс Л. С., Физика полупроводников, М., 1967; см. также лит. при ст. Полупроводники. Э. М. Эпштейн.

ФОТОПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, возникновение фотоэдс в однородном полупроводнике при одновременном одноосном сжатии и освещении.

ФОТО РЕАКТИВАЦИЯ, уменьшение повреждающего действия ультрафиолетового излучения на живые клетки при последующем воздействии на них ярким собственной фотопроводимости. Резкий спад в длинноволновой области отвечает т. н. краю поглощения - выключению собственного поглощения, когда энергия фотона становится меньше ширины запрещённой зоны; плавный спад в области малых длин волн обусловлен поглощением света у поверхности. видимым светом. Ф. открыта в 1948 И. Ф. Ковалёвым (СССР), А. Келнером и Р. Дульбекко (США) в результате опытов, проведённых на инфузориях парамециях, коловратках, конидиях грибов, бактериях и бактериофагах. В основе Ф. лежит ферментативное расщепление на мономеры пиримидиновых диме-ров, образующихся в ДНК под влиянием ультрафиолетового излучения. Ф. возникла в процессе эволюции как защитное приспособление от губительного действия УФ-компонента солнечного излучения и является одной из важнейших форм репарации живых организмов от повреждений их генетич. аппарата.

Лит.: Ковалёв И. Ф., Влияние видимого участка спектра лучистой энергии на динамику патологического процесса в клетке, повреждённой ультрафиолетовыми лучами, в кн.: Учёные записки Украинского экспериментального института глазных болезней, т. 1, Од., 1949; Восстановление клеток от повреждений, пер. с англ., М., 1963; Смит К. и Хэнеуолт Ф., Молекулярная фотобиология, пер. с англ., М., 1972.

ФОТОРЕГИСТРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА, фотохронограф, прибор для регистрации развития быстропротекающих процессов (взрыв, горение, детонация, электрич. разряд и т. п.) в нек-ром заданном направлении. О принципах действия наиболее употребительных типов Ф. у. см. Развёртка оптическая.

ФОТОРЕЗИСТ (от фото... и англ. resist - сопротивляться, препятствовать ), полимерный светочувствительный слой, нанесённый на поверхность полупроводниковой пластины с окисной плёнкой. Ф. используются в полупроводниковой электронике и микроэлектронике (см., напр., Планарная технология) для получения на пластине "окон" заданной конфигурации, открывающих доступ к ней травителя. В результате экспонирования Ф. через наложенный на него стеклянный шаблон нужного рисунка ультрафиолетовым излучением (иногда электронным лучом) свойства его меняются: либо растворимость Ф. резко уменьшается (негативный Ф.), либо он разрушается и становится легко удалимым (позитивный Ф.). Последующая обработка растворителем образует в Ф. "окна" на необлучённых участках негативного Ф. или облучённых участках позитивного Ф. Типичные Ф.: негативные - слои поливинилового спирта с солями хромовых кислот или эфирами коричной кислоты, слои циклизованного каучука с добавками, вызывающими "сшивание" макромолекул под действием света; позитивные - феноло- или крезолоформальдегидная смола с о-нафтохинондиазидом. См. также Фотолитография.

Лит.: Фотолитография и оптика, М.-Берлин, 1974; Мазель Е. 3., Пресс Ф. П., Планарная технология кремниевых приборов, М., 1974.

ФОТОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ, то 
же, что и фотопроводимость. 
ФОТОРЕЗИСТОР, полупроводниковый прибор, характеризующийся свойством изменять своё электрич. сопротивление под действием оптич. излучения (см. Фотопроводимость). Через Ф., включённый я электрич. цепь, содержащую источник постоянного тока, протекает электрич. ток. При облучении Ф. ток увеличивается в результате появления фототока, к-рый пропорционален уровню воздействующего сигнала и не зависит от полярности приложенного к Ф. напряжения.

Появление фототока (или вызванного им изменения напряжения на Ф.) используется для регистрации излучений (см. Приёмники излучения, Приёмники света, Оптрон).

Для изготовления Ф. используют Se, Те, Ge (чистый либо легированный Аи, Си или Zn), Si, PbS, PbSe, PbTe, InSb, InAs, CdS, CdSe, HgCdTe. Характерная особенность этих полупроводниковых материалов - малая ширина запрещённой зоны (напр., у InSb она составляет 0,18 эв). Полупроводник наносят в виде тонкого слоя на стеклянную или кварцевую подложку либо вырезают в виде тонкой пластинки из монокристалла. Слой (пластинку) снабжают двумя контактами (электродами). Подложку с фоточувствительным слоем (или пластинку) и электроды помещают в защитный корпус.

Важнейшие параметры Ф.: интегральная чувствительность (определяемая как отношение изменения напряжения на единицу мощности падающего излучения при номинальном значении напряжения питания) составляет 103- 108 в/вт; порог чувствительности (величина минимального сигнала, регистрируемого Ф., отнесённая к единице полосы рабочих частот) достигает 10-12 вт/гц 1/2; постоянная времени (характеризующая инерционность Ф.) лежит в пределах 10-3-10-8 сек. Для повышения порога чувствительности и расширения рабочего диапазона длин волн принимаемого излучения фоточувствительный слой нек-рых Ф. подвергают охлаждению. Так, охлаждение Ф. из PbS до 78 К позволяет на порядок повысить пороговую чувствительность и расширить диапазон длин волн принимаемого излучения с 3,3 мкм до 5 мкм', глубоким охлаждением (до 4 К) Ф. из Ge, легированного Zn, доводят границу его спектральной чувствительности до 40 мкм.

 
Лит.: Марков М. Н., Приемники инфракрасного излучения, М., 1968; Аксененко М. Д., Красовский Е. А., Фоторезисторы, М., 1973.

И. Ф. Усольцев.
ФОТОРЕЦЕПТОРЫ (от фото... и рецепторы), световоспринимающие, светочувствительные образования, способные в ответ на поглощение квантов света молекулами содержащихся в них пигментов генерировать физиол. (нервный, рецеп-торный) сигнал. В широком смысле под Ф. понимают все светочувствит. образования от стигмы одноклеточных организмов и одиночных рассеянных по телу светочувствит. клеток (черви, ланцетник) до специализированных зрительных клеток глаза - сложного органа фоторецепции животных и человека. К Ф. относят также различные структуры - хлоропласты растений, пластиды водорослей, хроматофоры бактерий, содержащие пигменты и обеспечивающие фотобиол. процессы (фотосинтез, фототропизм, фототаксис, фотопериодизм и др.).

В сетчатке глаза позвоночных животных и человека Ф. являются высокодифференцированные зрительные клетки - палочковые клетки и колбочковые клетки; у беспозвоночных - т. н. ретикулярные клетки. Светочувствит. элемент этих клеток - фоторецепторная мембрана содержит поглощающий свет зрительный пигмент (родопсин) и фосфолипиды. В Ф. позвоночных фоторецепторные мембраны образуют т. н. наружные сегменты палочек и колбочек, в Ф.

беспозвоночных - многочисл. пальцеобразные выросты - микровиллы, плотно упакованную систему к-рых наз. рабдомером зрительной клетки. Наружный сегмент у позвоночных состоит из множества (до 15000 - у глубоководных рыб) дисков (или очень плоских мешочков) толщиной ок. 160 А и диам. от 1...2 до 6...8 мкм (в зависимости от вида животного); диски ориентированы строго перпендикулярно длинной оси клетки; в палочках они "плавают" в цитоплазме, т. к. оторваны от наружной клеточной мембраны, в большинстве же колбочек они сохраняют с ней связь. В палочках, но не в колбочках происходит постоянное обновление наружного сегмента за счёт образования новых и отмирания (фагоцитоза) "старых" верхушечных дисков. Вследствие строгой ориентации молекул зрительного пигмента в фоторецепторной мембране и особой (трубчатой) упаковки её в клетке многие беспозвоночные способны различать направление поляризации света и ориентироваться по нему. Палочки позвоночных - рецепторы сумеречного (скотопического) зрения, колбочки ответственны за дневное (фотопи-ческое) и цветовое зрение. Фасеточные глаза насекомых также способны к различению цвета.

Лит. см. при ст. фоторецепция.

М. А. Островский.

ФОТОРЕЦЕПЦИЯ (от фото... и рецепция), восприятие света одноклеточными организмами или специализированными образованиями (фоторецепторами), содержащими светочувствит. пигменты. Ф.- одно из осн. фотобиологич. явлений, в к-ром свет выступает как источник ин- . формации. В отличие от фотосинтеза, где энергия света используется для хи-мич. работы, в Ф. она несёт триггерную, информативную функцию, запуская сложную цепь молекулярных, мембранных и клеточных процессов. Эти процессы обеспечивают сравнительно простые формы Ф., к к-рым относят фототропизм - изменение ориентации по отношению к источнику света прикреплённых животных и растений; фототаксис - направленное движение к свету или от света свободно движущихся организмов; фотокинезис - ненаправленное увеличение или уменьшение подвижности организма в ответ на изменения уровня освещённости. Сложная и высшая форма Ф. - зрение, осуществляемое спец. органами различной степени совершенства.

В эволюционном и сравнительно-физиологич. аспектах исследование Ф. представляет большой интерес. У простейших примитивная фоторецепторная система состоит из глазного пятнышка и жгутика, т. е. рецептора и эффектора. У хламидомонады светочувствит. глазное пятнышко связано с хлоропластом, у эвглены - непосредственно со жгутиком. Диффузная световая чувствительность (без участия фоторецепторов) свойственна большинству беспозвоночных животных и нек-рым позвоночным (отдельные виды рыб, земноводных), у нек-рых она обеспечивается спец. клеточными органеллами - хроматофорами.

Неспециализированные светочувствит. элементы могут быть разбросаны по всему телу или сконцентрированы на его поверхности и в глубине.

Зрительная Ф. совершается в фоторецепторах. Стигмы и глазки простейших, а также глазки кишечнополостных, пло ских и кольчатых червей, членистоногих можно рассматривать как простейшие формы органов зрения. У моллюсков структура и функция фоторецепторной системы более сложна (у осьминога и каракатицы она, напр., вполне сравнима с глазом позвоночных). Высокоспециализированные фоторецепторы в сложном (фасеточном) глазу членистоногих и в камерном глазу позвоночных образуют наиболее совершенные органы зрения. Первичные процессы зрения общие у всех животных и совершаются в светочувст-вит. фоторецепторной мембране зрит. клетки. Состав и молекулярная организация мембран у позвоночных и беспозвоночных в основном одинаковы. Различия, как правило, касаются способов упаковки мембран в световоспринимающих частях различных фоторецепторов. Осн. светочувствит. элемент фоторецепторной мембраны - зрит. пигмент (типичный и хорошо изученный представитель - родопсин).

В сравнительно-биохимич. аспекте исключит. интерес представляет тот факт, что производное В-каротина - ретиналъ служит хромофором всех без исключения зрит. пигментов; более того, из всех его возможных изомеров только 11-цис-фор-ма способна быть хромофорной частью молекулы зрит. пигмента. Т. о., удачно найденное однажды молекулярно-биохимич. решение в механизме Ф. оказалось филогенетически закреплённым. Белковая часть молекул зрит. пигмента видоспецифична. Специфичностью белка определяются, по-видимому, и различия в спектральной чувствительности колбочковых клеток в сетчатке глаза при цветовом зрении. Физико-химич. механизм Ф. основан на реакции фотоизомеризации рети-наля из 11-цис-формы полностью в транс-форму. Вследствие этой фотореакции изменяются структура (конфор-мация) белковой части молекулы зрит. пигмента и функцией. свойства фоторецепторной мембраны. В результате в зрит. клетке происходит перемещение ионов и, возможно, изменение скоростей нек-рых ферментативных реакций. Фотоиндуцированные изменения в молекуле зрит. пигмента и фоторецепторной мембране приводят в конечном счёте к возникновению в рецепторнон клетке зрит. сигнала - распространяющегося фоторецепторного электрич. потенциала. См. также Фотобиология.

Лит.: Проссер Л., Браун Ф., Сравнительная физиология животных, пер. с англ., М., 1967, гл. 12; Физиология сенсорных систем, ч. 1, Л., 1971, с. 88-119 (Руководство по физиологии); Handbook of sensory physiology, v. 7/1-v. 7/2, В., 1972.

М. Л. Островский.

ФОТОРОЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ, процесс образования мезонов и других частиц на ядрах и нуклонах (протонах и нейтронах) под действием фотонов высокой энергии.

ФОТОРУЖЬЁ, фотографический аппарат, оснащённый длиннофокусным объективом (телеобъективом) и укреплённый вместе с ним на держателе, к-рый выполнен в виде ружейной ложи (рис.). Держатель позволяет жёстко фиксировать положение фотоаппарата во время съёмки; на нём также имеются устройства для спуска фотозатвора (курок) и фокусировки объектива. Ф. предназначено для съёмки удалённых объектов и объектов, к которым нельзя подойти на близкое расстояние (например, для съёмки диких животных и птиц при фотоохоте).

ФОТОСИНТЕЗ (от фото... и синтез), образование высшими растениями, водорослями , фотосинтезирующими бактериями сложных органич. веществ, необходимых для жизнедеятельности как самих растений, так и всех др. организмов, из простых соединений (напр., углекислого газа и воды) за счёт энергии света, поглощаемой хлорофиллом и др. фотосинтетич. пигментами. Один из важнейших биол. процессов, постоянно и в огромных масштабах совершающийся на нашей планете. В результате Ф. растительность земного шара ежегодно образует более 100 млрд. т органич. веществ (ок. половины этого кол-ва приходится на долю Ф. растений морей и океанов), усваивая при этом ок. 200 млрд. т СО2 и выделяя во внешнюю среду ок. 145 млрд. т свободного кислорода. Полагают, что благодаря Ф. образуется весь кислород атмосферы. Ф.- единственный биол. процесс, который идёт с увеличением свободной энергии системы; все остальные (за исключением хемосинтеза) осуществляются за счёт потенциальной энергии, запасаемой в продуктах Ф. Количество энергии, ежегодно связываемой фотосинтезирующими организмами океана и суши (ок. 3 X 1021 дж), во много раз больше той энергии, к-рая используется человечеством (ок. 3 X 1020 дж).

Историческая справка. Начало исследованию Ф. положено работами Дж. Пристли, Ж. Сенебье, Н. Соссюра, Я. Инген-хауза, Ю. Майера, в к-рых постепенно выяснилось, что растения на свету усваивают из воздуха углекислый газ, выделяют кислород, образуют в результате этого органич. вещества, запасая в них энеогию солнечного света. Во 2-й пол. 19 в. К. А. Тимирязев показал, что энергия солнечного света вводится в цепь фотосинтетических превращений через зелёный пигмент растений - хлорофилл: спектр действия Ф. соответствует спектру поглощения света хлорофиллом, и интенсивность Ф. увеличивается с увеличением интенсивности света. В 1905 англ. учёный Ф. Блекман обнаружил, что Ф. состоит из быстрой световой реакции и более медленной - темновой. Биохим. доказательство существования световой и темновой фаз были получены лишь в 1937 англ. исследователем Р. Хиллом. Крупный вклад в изучение темновой и световой стадий Ф. внесли также нем. биохимик и физиолог О. Варбург, амер. биохимиках. Гаф-рон. В 1931 амер. микробиолог К. Нил показал, что фототрофные бактерии осуществляют Ф. без выделения О2, т. к, при ассимиляции СО2 окисляют сероводород, тиосульфат и др. субстраты.

Так было положено начало представлению о Ф. как окислительно-восстановительном процессе, где восстановление СО2 осуществляется при одновременном окислении донора водорода. В 1941 сов. учёными А. П. Виноградовым и М. В. Тейц, а также амер. исследователями Э. Рубеном и др. установлено, что источником кислорода, выделяющегося в процессе Ф. высших растений и водорослей, является вода, а не СО2, как считали ранее. Начиная с 1-й четв. 20 в. важные работы выполнены по изучению физиологии и экологии Ф. (В. В. Сапожников, С. П. Костычев, В. Н. Любименко, А. А. Ничипорович, О. В. Заленский и мн. др.). С сер. 20 в. изучению Ф. способствовало создание новых методов исследования (газовый анализ, изотопные методы, спектроскопия, электронная .микроскопия и др.). Эти методы позволили разработать представления о тонких механизмах участия хлорофилла в Ф. (А. Н. Теренин, А. А. Красновский, амер. учёные Е. Рабинович, В. Кок, У. Арнолд, Р. Клейтон, Дж. Франк, франц. исследователь Дж. Лаворель); об окислительно-восстановит. реакциях Ф. и о существовании двух фотохим. реакций Ф. (англ. фитофизиолог Р. Хилл, С. Очоа, амер. исследователи В. Вишняк, Р. Эмерсон, Френч, голл. учёный Л. Дёйсенс); о фотосинтетич. фосфорилировании (Д, Арнон); о путях превращения углерода (М. Калвин, амер. учёные Дж. Бассам, Э. Бенсон, австрал. исследователи М. Хетч и К. Слэк); о механизме разложения воды (В. Кок, франц. учёные А. и П. Жолио, сов. учёный В. М. Кутюрин и др.).

Характерные черты фотосинтеза высших зелёных растений, водорослей и фотосинтезирующих бактерий. В реакциях Ф. у высших зелёных растений, водорослей (многоклеточных - зелёных, бурых, красных, а также одноклеточных - эвгленовых, динофлагеллят, диатомовых) донором водорода и источником выделяемого кисдорода служит вода, а осн. акцептором атомов водорода и источником углерода - углекислый газ. При использовании в Ф. только СО2 и Н2О образуются углеводы. Но в процессе Ф. растения образуют не только углеводы, но и содержащие азот и серу аминокислоты, белки, а также пигменты и др. соединения. Акцепторами атомов водорода (наряду с СО2) и источниками азота и серы в этом случае служат нитраты (NO~ ) и сульфаты (SO2-4). Фотосинтезирующие бактерии не выделяют и не используют молекулярный кислород (большинство из них облигатные, т. е. обязательные анаэробы). Вместо воды в качестве доноров электронов эти бактерии используют либо неорганич. соединения (сероводород, тиосульфат, газообразный водород), либо органич. вещества (молочную к-ту, изопропиловый спирт). Источником углерода в большинстве случаев является также СО2, но наряду с этим и нек-рые органич. соединения (напр., ацетат). Т. о., Ф. у разных организмов может протекать с использованием различных доноров (ДН2), акцепторов (А) электронов и водорода и может быть представлен схематически обобщённым уравнением:

свет Д*Н2 + А->АН2 + Д, где АН2 -продукты Ф.

Структурные особенности фотосинтетического аппарата. Высокая эффективность Ф. высших зелёных растений обеспечивается совершенным фотосинтетич. аппаратом, основа к-рого - внутриклеточные органеллы - хлоропласты (в клетке зелёного листа их 20-100). Они окружены двуслойной мембраной. Внутренний слой её построен из уплощенных мешочков или пузырьков, наз. тилакоидами, к-рые часто упакованы в стопки, составляют граны, соединённые между собой одиночными межгранными тилакоидами. Тила-коиды состоят из собственно фотосинтетич. мембран, представляющих собой биомолекулярные липидные слои и мозаично вкрапленные в них липопротеидо-пиг-ментные комплексы, образующие фотохимически активные центры, и содержат также спец. компоненты, участвующие в транспорте электронов и образовании аденозинтрифосфата (АТФ). Часть хлоропласта, находящаяся между тилакоидами строма, содержит ферменты, катализирующие темновые реакции Ф. (напр., превращение углерода, азота, серы, биосинтез углеводов и белков). В строме откладывается образуемый при Ф. крахмал. Хлоропласты имеют собственные ДНК, РНК, рибосомы, синтезирующие белки, и обладают нек-рой гене-тич. автономностью, но находятся под общим контролем ядра. Фотосинтезирую-щие бактерии и большинство водорослей не имеют хлоропластов. Фотосинтетич. аппарат большинства водорослей представлен специализированными внутриклеточными органеллами - хроматофорами, а фотосинтезирующих бактерий и сине-зелёных водорослей - тилакоидами (мембраны их содержат пигмент бактерио-хлорофилл или бактериовиридин, а также др. компоненты реакций Ф.), погружёнными в периферич. слои цитоплазмы.

Фаза первичных превращений и запасания энергии в процессе Ф. В основе Ф. растений лежит окислительно-восста-новит. процесс, в к-ром 4 электрона (и протона) поднимаются от уровня окислительно-восстановительного потенциала, соответствующего окислению воды (+0,8 в) до уровня, соответствующего восстановлению СО2 с образованием углеводов (-0,4 в). При этом увеличение свободной энергии реакции восстановления СО2 до уровня углеводов составляет 120 ккал/моль, а суммарное уравнение Ф. выражается как:

Энергия моля квантов (Эйнштейна) красной части спектра составляет около 40 ккал/моль. Т. о., для Ф., идущего в соответствии с приведённым уравнением, было бы достаточно поглощения энергии 3 квантов на молекулу СО2 (или на выделение молекулы О2). Однако в окислительно-восстановительной реакции от воды к СО2 должны быть перенесены 4 электрона, причём перенос каждого из них осуществляется в ходе двух последовательных фотохимич. реакций. Поэтому квантовый расход при оптимальных условиях составляет 8-12 квантов на молекулу О2, а максимальная эффективность преобразования энергии красного света - ок. 30%. В полевых условиях вследствие неполного поглощения света, энергетич. затрат на дыхание и др. потерь, а также ограниченности вегетационного периода эффективность усвоения солнечной энергии с.-х. растениями в умеренных широтах обычно не выше 0,5- 1,3% . Сопоставление этих цифр с теоретическим максимальным значением указывает на существование значительных резервов, которые могут быть использованы в будущем. Для некоторых культур с.-х. растений удаётся в специальных условиях повысить энергетич. эффективность до 5-6% и даже выше (при культивировании водорослей до 7-10%).

Ни СО2, ни вода непосредственно не поглощают свет, посредником во взаимодействии этих соединений с квантами служит хлорофилл а, включённый в структуру хлоропласта или хроматофора и образующий функцией, фотосинтетич. единицы, состоящие из неск. сотен молекул пигмента и реакционных центров. Осн. часть сопровождающих пигментов (хлорофилл Ь, каротиноиды, фикобилины и др. и коротковолновые формы хлорофилла а) выполняет функцию светособирающей антенны. При поглощении квантов их молекулы переходят в возбуждённое состояние, к-рое путём миграции энергии передаётся на молекулу хлорофилла а, находящуюся в реакционном центре. Эффективность передачи энергии обусловлена близким расположением молекул, а также наличием неск. агрегированных форм хлорофилла а, участвующих в формировании реакционных центров и образующих нисходящую лестницу энергетич. уровней. Возможен полупроводниковый перенос электрона по агрегированному пигменту. В реакционном центре происходит осн. акт Ф.- разделение зарядов с последующим образованием первичного окислителя и первичного восстановителя. Существуют два типа центров (рис. 1), один из к-рых включён в пигментную фотосистему I (ФС I), а др.- в фотосистему II (ФС II). В фотореакции, связанной с разложением воды, участвует ФС II: пигментом её центра служит хлорофилл а с максимумом поглощения 680 нм, ги-потетич. первичным восстановителем - О (вероятно, цитохром), а первичным окислителем - сложный комплекс Z. Возбуждение пигментной молекулы центра Р680 сопровождается разделением зарядов и образованием окисленного Z+, к-рый участвует в окислении воды и выделении О2. Полагают, что в систему разложения воды, пока мало изученную, входят неизвестные ферменты, ионы марганца и бикарбонат. Первичный восстановитель О (проявляется по индукции флуоресценции) ФС II передаёт электрон переносчикам (цитохромы b, f, пластохинон, пластоцианин) фотосинтетич. электронной транспортной цепи к реакционному центру ФС I. Пигментом этого центра служит хлорофилл а с максимумом поглощения 700 нм, первичным восстановителем - неидентифицированное вещество X. Восстановленный X передаёт электрон ферредок-сину - железосодержащему белку, к-рый восстанавливает никотинамидаденинди-нуклеотидфосфат (НАДФ). Его восстановленная форма - НАДФ*Н запасает осн. часть энергии света. Др. часть энергии электронного потока запасается в виде АТФ (фотосинтетич. фосфорилирование), к-рый образуется на нисходящем участке переноса электронов между ФС II и ФС I (нециклическое фотофосфорилирование) или при круговом замыкании потока в ФС I (циклическое фотофосфорилирование). Фосфорилирование, возможно, происходит по хемиосмотич. механизму за счёт электрич. потенциала и градиента концентрации Н+, возникающих при ин-дуцировании светом электронного потока в мембранных структурах тилакоидов. Экспериментально обнаружено, что освещение индуцирует электрический потенциал на мембране хлоропласта. Описанное последовательное соединение двух фотореакций I и II наиболее вероятно, хотя обсуждается возможность параллельного соединения реакций. Предполагают, что фотосинтезирующие бактерии осуществляют Ф. с участием лишь одной пигментной фотосистемы, однако этот вопрос нельзя считать решённым. Фо-тофизич. и фотохимич. стадии заканчиваются за 10-12- 10-8 сек разделением зарядов и последующим образованием первичного окислителя и восстановителя. Границей первичных биофизич. и биохимич. процессов обычно считают появление первых химически стабильных продуктов - НАДФ*Н и АТФ. Эти вещества ("восстановит. сила") используются затем в темновых процессах восстановления СО2.

Ассимиляция углекислоты. Ассимиляция СО2 происходит в процессе темновых реакций. Восстановлению при Ф. подвергается не свободная СО2, а предварительно включённая в состав определённого органич. соединения. В большинстве случаев акцептором СО2 служит двукратно фосфорилированный пятиуглеродный сахар рибулозодифосфат (РДФ). Присоединяя СО2, РДФ распадается на 2 молекулы фосфоглицериновой к-ты (ФГК). Углерод СО2, включённый в молекулу ФГК, и является ко-

Рис. 1. Схема двух фотохимических систем (ФС I и ФС II) фотосинтеза. Е0 -оки слительно-восстановительный потенциал при рН 7 (в вольтах), Z - донор электронов для ФС II, P680 - энергетическая ловушка и реакционный центр ФС II (светособирающая антенна этого центра включает молекулу хлорофилла а, хлорофилла b, ксантофиллы), О - первичный акцептор электронов в ФС II, АДФ - аде-нозиндифосфат, Рнеорг. - неорганический фосфат, АТФ- аденозинтрифосфат. Р700- энергетическая ловушка и реакционный центр ФС I (светособирающая антенна этого центра включает молекулу хлорофилла а, хлорофилла b, каротин), ВВФ - вещество, восстанавливающее ферредоксин.

вечным звеном цепи, к к-рому направляются электроны, мобилизуемые хлорофиллом. Присоединив электрон, ФГК превращается в восстановленное соединение - фосфоглицериновый альдегид (в этом процессе участвуют АТФ и НАДФ-Н), к-рый может рассматриваться как первый стабильный углеводный продукт Ф., содержащий углерод уже в восстановленной (органической) форме. Дальнейшие превращения происходят в пентозофосфатном цикле и завершаются, с одной стороны, образованием РДФ, т. е. происходит регенерация первичного акцептора СО2 (что делает цикл при наличии света и СО2 непрерывно действующим), а с др. стороны - образованием продуктов Ф.- углеводов.

Всё, что было сказано выше, относится к т. н. Сз-растениям, к-рые усваивают углерод в Ф. через цикл Калвина (рис. 2), акцептируют СО2 на РДФ при помощи РДФ-карбоксилазы, образуя первые трёхуглtродные продукты Ф.- фосфоглицериновую к-ту и фосфоглицериновый альдегид. Нек-рые травянистые, гл. обр. тропич. происхождения, растения (напр., сахарный тростник, кукуруза, сорго) образуют в качестве первых продуктов Ф. не трёх-, а четырёхуглеродные соединения - щавелевоуксусную, яблочную и аспарагиновую к-ты. Путь авто-трофной ассимиляции СО2 через фосфо-енолпировиноградную к-ту, или фосфое-нолпируват (ФЕП), с образованием C4-дикарбоновых к-т получил название С4-пути усвоения углерода, а организмы - С4-растений. В листьях таких растений имеется два типа фотосинтезирующих клеток и Ф. идёт в две стадии. В клетках мезофилла листа происходит первичное акцептирование СО2 на ФЕП с участием ФЕП-карбоксилазы, к-рая вовлекает СО2 в реакции карбоксилирования даже при очень низких концентрациях СО2 в окружающем воздухе. В результате карбоксилирования образуются щавелевоуксус ная, яблочная и аспарагиновая к-ты. Из них две последние переходят в обкладочные клетки проводящих пучков листа, подвергаются там декарбоксилированию и создают внутри клеток высокую концентрацию СО2, усваиваемую уже через РДФ-карбоксилазу в цикле Калвина. Это выгодно, во-первых, потому, что облегчает введение СО2 в цикл Калвина через карбоксилирование РДФ при помощи РДФ-карбоксилазы, к-рая менее активна и требует для оптимальной работы более высоких концентраций СО2, чем ФЕП-карбоксилаза. Кроме того, высокая концентрация СО2 в обкладочных клетках уменьшает световое дыхание (фотодыхание) и связанные с ним потери энергии. Т. о. происходит высокоинтенсивный "кооперативный" Ф., свободный от излишних потерь в световом дыхании, от кислородного ингибирования и хорошо приспособленный к осуществлению Ф. в атмосфере, бедной СО2 и богатой О2.

Существуют и др. пути превращения СО2 при Ф., в результате к-рых в клетке в разных соотношениях образуются различные органич. к-ты, белки и т. п. Соотношения между этими группами соединений в растении зависят от интенсивности и качества света, вида растения и условий его развития (корневого питания, условий освещения и др.). Регулируя условия развития растений, можно управлять составом продуктов Ф. и тем самым - химизмом растения в целом.

Роль фотосинтеза в биосфере. Наряду с Ф. на Земле совершаются примерно равноценные по масштабам, но противоположные по направлению процессы окисления органич. веществ и восстановленного углерода при горении топливных материалов (каменный уголь, нефть, газ, торф, дрова и т. п.), при расходовании органич. веществ живыми организмами в процессе их жизнедеятельности (дыхание, брожение), в результате к-рых образуются полностью окисленные соединения - углекислый газ и вода, и освобождается энергия. Затем с помощью энергии солнечной радиации углекислый газ, вода снова вовлекаются в процессы Ф. Т. о., энергия солнечного света, используемая при Ф., служит движущей силой колоссального по размерам круговорота на Земле таких элементов, как углерод, водород, кислород. В этот круговорот включаются и мн. др. элементы: N, S, Р, Mg, Ca и др. За время существования Земли благодаря Ф. важнейшие элементы и вещества прошли уже много тысяч циклов полного круговорота.

В предшествующие эпохи условия для Ф. на Земле были более благоприятны в связи с сильным перевесом восстановительных процессов над окислительными. Постепенно огромные кол-ва восстановленного углерода в органич. остатках оказались захороненными в недрах Земли, образовав громадные залежи горючих ископаемых. В результате этого в атмосфере сильно снизилось относительное содержание углекислого газа (до 0,03 объёмных %) и повысилось содержание кислорода, что существенно ухудшило условия для Ф.

Следствием появления на Земле мира фотосинтезирующих растений и непрерывного новообразования ими больших кол-в богатых энергией органич. веществ явилось развитие мира гетеротрофных организмов (бактерий, грибов, животных, человека) - потребителей этих веществ и энергии. В результате (в процессе дыха ния, брожения, гниения, сжигания) органические соединения стали окисляться и подвергаться разложению в таких же количествах, в каких образуют их высшие растения, водоросли, бактерии. На Земле установился круговорот веществ, в к-ром сумма жизни на нашей планете определяется масштабами Ф. В текущем геол. периоде (антропогеновом) размеры фотосинтетич. продуктивности на Земле, вероятно, стабилизировались. Однако в связи с бурно возрастающим использованием продуктов Ф. основным её потребителем - человеком - приходится думать о предстоящем истощении горючих ископаемых, пищевых, лесных ресурсов и т. п. Недостаточна фотосинтетич. мощность совр. растительности для регенерации атмосферы: растительность Земли не способна полностью усваивать весь углекислый газ (относительное содержание его в атмосфере за последние 100 лет медленно, но неуклонно возрастает), дополнительно поступающий в окружающую среду в результате бурно возрастающих масштабов добычи и сжигания горючих ископаемых.

При этом потенциальная фотосинтетич. активность растений используется далеко не полно. Проблема сохранения, умножения и наилучшего использования фотосинтетич. продуктивности растений - одна из важнейших в совр. естествознании и практич. деятельности человека.

Фотосинтез и урожай. Один из путей повышения общей продуктивности растений - усиление их фотосинтетич. деятельности. Напр., чтобы сформировать урожай пшеницы в 40 ц/га, что составляет 100 т общей сухой биомассы, растения должны усвоить ок. 20 т СО2, фотохимически разложить ок. 7,3 т Н2О, выделить во внешнюю среду ок. 13 т О2. Обычно за время вегетации растений в средних широтах (ок. 3-4 мес) на поверхность Земли приходит ок. 2 • 109 ккал фотосинтетически активной радиации (ФАР; в области спектра от 380 до 720 нм). Из них в урожае биомассы в 10 т запасается ок. 40 X 106 ккал, т. е. 2% ФАР. Остальная энергия частично отражается, но в большей части превращается в тепло и вызывает испарение громадных количеств Н2О. Т. о., для усиления фотосинтетич. деятельности растений необходимо повысить коэффициент использования растениями солнечной радиации. Это достигается увеличением в посевах размеров листовой поверхности, удлинением сроков активной деятельности листьев, регулированием густоты стояния растений. Важное значение имеет способ размещения растений на площади (правильные нормы высева семян), обеспечение их достаточным кол-вом СО2 в воздухе, воды, элементов почвенного питания и т. д. Функциональная активность фотосинтетич. аппарата, помимо внешних условий, определяется также анатомич. строением листа, активностью ферментных систем и типом метаболизма углерода. Большая роль принадлежит селекции растений - созданию сортов, обладающих высокой интенсивностью ассимиляции СО2, и управлению процессами, связанными с эффективным использованием создаваемых при Ф. органич. веществ. Важное свойство высокопродуктивных сортов - способность использовать большую часть ассимилятов на формирование ценных в хоз. отношении органов (зерна у злаков, клубней у картофеля, корней у корнеплодов и т. д.).

Выяснение законов и основ фотосинте-тич. продуктивности растений, разработка принципов её оптимизации и повышения - важная задача современности.

Лит.: Любименко В. Н., Фотосинтез и хемосинтез в растительном мире, М. -Л., 1935; Тимирязев К. А., Солнце, жизнь и хлорофилл, М., 1937 (Соч., т. 1 - 2); Годнев Т. Н., Строение хлорофилла и возможные пути его образования в растении, М. -Л., 1947 (Тимирязевское чтение. 7); Теренин А. Н., Фотохимия хлорофилла и фотосинтез, М., 1951 (Баховское чтение. 6); Рабинович Е., Фотосинтез, пер. с англ., т. 1 - 3, М., 1951 - 59; Ничипорович А. А., Фотосинтез и теория получения высоких урожаев, М., 1956 (Тимирязевское чтение. 15); Воскресенская Н. П., Фотосинтез и спектральный состав света, М., 1965; Андреева Т. Ф., Фотосинтез и азотный обмен листьев, М., 1969; Теоретические основы фотосинтетической продуктивности, Сб. докл. на Междунар. симпозиуме, М., 1972; Современные проблемы фотосинтеза. К 200-летию открытия фотосинтеза, М., 1973; Красновский А. А., Преобразование энергии света при фотосинтезе. Молекулярные механизмы, М., 1974 (Баховское чтение. 29); Фотохимические системы хлоропластов, К., 1975; Bioenergetics of photosynthesis, N. Y. - L. - Los Ang., 1975. А. А. Ничипорович.

ФОТОСИНТЕЗА ИНСТИТУТ АН СССР (ИФС), н.-и. учреждение, осуществляющее комплексное изучение механизма процесса фотосинтеза в растениях и микроорганизмах. Организован в 1966 в Научном центре биол. исследований АН СССР в г. Пущино (Серпуховской р-н Моск. обл.)- Имеет (1976): лаборатории - фотохимии, биохимии, фо-тофосфорилирования, фоторазложения воды, фотосинтеза микроорганизмов, структуры фотосинтетич. аппарата, углеродного метаболизма; отдел фитотро-ники, науч. группы энергетики, фоторегуляции фотосинтеза и др., специализированные кабинеты. Проводит исследования первичных фотосинтетич. процессов поглощения и преобразования световой энергии в химическую, процессов фоторазложения воды и выделения кислорода, биохим. реакций, происходящих в хлоропластах и приводящих к образованию фотосинтетич. восстановителя и богатых энергией фосфорных соединений, цикла усвоения и восстановления углекислоты, молекулярной и структурной организации фотосинтетич. аппарата. Осуществляет физиол. исследования, связанные с с.-х. произ-вом в закрытом грунте. Имеет очную и заочную аспирантуру. В. Б. Евстигнеев.

ФОТОСИНТЕЗИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ, фототрофные бактерии, микроорганизмы, использующие в качестве энергии для жизнедеятельности свет (лучистую энергию); в процессе фотосинтеза ассимилируют углекислоту и др. неорганич., а также органич. соединения. К Ф. б. относятся пурпурные и зелёные бактерии и близкие к ним по типу строения клеток цианобактерии (называющиеся также синезелёными водорослями). Пурпурные и зелёные бактерии (см. Серобактерии) содержат различные по составу хлорофиллы (т. н. бактериохло-рофиллы а, b, с, d, е) и каротиноиды. Строгие или факультативные анаэробы. В отличие от высших растений, водорослей и цианобактерии, при фотосинтезе не выделяют кислород, т. к. для фотовосстановления СО2 используют в качестве донора водорода (электронов) не воду, а сероводород, тиосульфат, серу, молекулярный водород или органич. со единения. Нек-рые пурпурные бактерии, окисляя сероводород и тиосульфат, накапливают в клетках серу, к-рую далее могут окислять до сульфатов. Кроме CO2 эти микроорганизмы способны фото-ассимилировать органич. соединения - уксусную к-ту (ацетат.), пировиноградную к-ту (пируват) и др. Одни виды растут в основном за счёт фотоассимиляции углекислоты, т. е. являются фотоавтотрофами, другие нуждаются в обязат. наличии органич. веществ (фотогетеротрофы). Нек-рые виды кроме лучистой энергии могут использовать энергию, образующуюся при дыхании или брожении, и растут в темноте. Мн. виды фиксируют молекулярный азот.

Цианобактерии содержат хлорофилл а, каротиноиды и пигменты, относящиеся к фикобилипротеидам. При фотосинтезе, как и растения, выделяют кислород, т. к. в качестве донора водорода используют воду. Большинство видов растут только в присутствии света, т. е. являются строгими фототрофами. Нек-рые виды могут в незначит. степени ассимилировать органич. соединения. Значит. число видов фиксирует молекулярный азот.

Особую форму фотосинтеза осуществляют бактерии рода Halobacteriura, к-рые не содержат хлорофилла. Это галофилъные микроорганизмы, т. е. растущие на средах с высокими концентрациями хлористого натрия; гетеротрофы. В использовании лучистой энергии для синтеза аденозинтрифосфорной к-ты (АТФ) у них участвует каротиноид ретиналь, связанный с белком в комплекс, наз. бактериородопсином.

Лит.: Кондратьева Е. Н., Фотосинтезирующие бактерии, М., 1963; Гусев М. В., Биология синезеленых водорослей, М., 1968; Кузнецов С. И., Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность, Л., 1970; Bergey's manual of determinative bacteriology, 8 ed., Balt., 1974; The biology of blue-green algae, Berk. -Los Ang., 1973 (Botanic monographs, v. 9).

Е. Н. Кондратьева.

ФОТОСТАТ (от фото... и греч. statos - стоящий, неподвижный), установка для копирования фотографич. способом плоских оригиналов - чертежей, рисунков, документов и т. п. Состоит из фотографического аппарата, осветит. устройств и приспособлений для закрепления оригинала. Ф. позволяет получать увеличенные, уменьшенные или равного с оригиналом размера копии на рулонной фотобумаге (обычной или обращаемой). Обычно Ф. объединяют с устройствами, в к-рых происходит автоматич. химико-фотографич. обработка фотокопий.

ФОТОСФЕРА (от фото... и сфера), наиболее глубокие и самые плотные слои атмосферы звезды (в т. ч. и Солнца), из к-рых выходит гл. доля излучаемой ею энергии. В Ф. возникает большая часть непрерывного спектра звёзд (гл. обр. видимого), а также большинство фраунгоферовых линий поглощения. Как правило, Ф. находится в лучистом равновесии. В более высоких слоях излучению легче покинуть атмосферу звезды и потому темп-pa звезды понижается по мере перехода к внешним слоям. В среднем она близка к эффективной температуре звезды. Протяжённость Ф. звёзд гл. последовательности (на Герцшпрунга - Ресселла диаграмме) составляет 10-4 - 10-3 часть их радиуса, у белых карликов - порядка 10-6, а у гигантов и сверхгигантов 10-3- 10-2 часть радиуса. Ср. плотности газов фотосфер различных звёзд заключены в пределах от 10-9 г/см3 у горячих звёзд гл. последовательности до 10-6 г/см3 у белых карликов. Лучше всего изучена Ф. Солнца, совпадающая с кажущейся его поверхностью. Протяжённость солнечной Ф. 200-300 км, темп-ра 4500-8000 К, давление газов 10-5 - 10-3 дин/см2. Ф.- единственная на Солнце область относительно слабой ионизации преобладающего на нём хим. элемента - водорода, степень ионизации к-рого ок. 10-4. У звёзд типа Солнца сильная непрозрачность фотосферных газов обусловлена небольшой примесью отрицательных ионов водорода. При помощи фотосферного телескопа можно наблюдать тонкую структуру солнечной Ф.- грануляцию в виде системы небольших (ок. 1000 км) округлых ярких гранул, разделённых тёмными межгрануль-ными промежутками. Э. В. Кононович.

ФОТОСФЕРНО - ХРОМОСФЕРНЫЙ ТЕЛЕСКОП, астрофизич. инструмент, предназначенный гл. обр. для регулярных наблюдений по программе службы Солнца. Представляет собой смонтированные на общей параллактической установке два небольших телескопа с диаметрами объективов от 10 до 15 см, один из к-рых - фотосферный телескоп, а другой - хромосферный телескоп. Гл. задача Ф.-х.т.- получение строго одновременных фотографий фотосферы и хромосферы Солнца для сопоставления быстро развивающихся процессов на различных глубинах в солнечной атмосфере, а также для изучения вертикальной её структуры.

ФОТОСФЕРНЫЙ ТЕЛЕСКОП, гелиограф, астрофизич. инструмент, предназначенный для фотографирования Солнца либо в интегральном (белом) свете, либо в широких участках спектра, выделяемых широкополосными светофильтрами с целью исследования тонкой структуры солнечной фотосферы - грануляции, а также наблюдаемых в ней образований (факелов, пятен и др.). Оптика Ф. т. обычно состоит из зеркального или линзового объектива (оптимальный диаметр 20-30 см) и одной или неск. увеличительных камер, позволяющих получить изображение либо всего Солнца диаметром 10-12 см, либо к.-л. участка его с увеличением, в неск.. раз большим. Диаметр изображения, создаваемого Ф. т., выраженный в см, приближённо равен эквивалентному фокусному расстоянию в м. При выборе места для установки Ф. т. учитывают специфику астроклимата для солнечных наблюдений. В конструкции башни и самого инструмента предусматриваются приспособления, обеспечивающие сведение к минимуму искажений изображения, возникающих от турбулентных потоков воздуха. Необходимые элементы Ф. т.-автоматич. гидирующее устройство, анализатор качества изображения, автоматически управляющий быстродействующим затвором, фотоэкспонометр и т. п. Съёмка может вестись с помощью как обычной фотокамеры, так и кинокамеры. Э. В. Кононович.

ФОТОСХЕМА, чёрно-белая или цветная фотографическая схема местности, используемая при её изучении и картировании. Монтируется из нетрансформированных (т. е. имеющих искажения в связи с нестабильностью условий съёмки, см. Фотоплан) смежных снимков, приводимых к заданному масштабу, разрезаемых по перекрывающимся контурам и стыкуемых путём наклейки на общую основу (т. е. механич. путём). Ф. изготовляют по воздушным, космическим, наземным (преим. фототеодолитным) и подводным снимкам, полученным как при непосредств. фотографировании, так и при воспроизведении изображения с экрана сканирующей системы (см. Фотоэлектронная аэросъёмка). В зависимости от назначения Ф. могут быть маршрутными (например, вдоль реки, проектируемой трассы) или по площадям, с компоновкой в границах изучаемого объекта (лесной массив, участок под застройку и т. п.), или в соответствии с принятой разграфкой топографических карт. Первичной Ф. является репродукция накидного монтажа, представляющая собой уменьшенную фотографию наложенных друг на друга внакидку и временно закреплённых на щите целых снимков. Она необходима для контроля перекрытий между снимками и подбора их по индексам съёмки, датам и номерам. Л. М. Гольдман.

ФОТОТАЙМЕР (от фото... и англ. timer - хронометр), реле времени, предназначенное для автоматич. выключения лампы фотографического увеличителя, репродукц. установки или подобного устройства через определённый промежуток времени, называемый выдержкой и отсчитываемый от момента начала экспонирования светочувствит. слоя фотоматериала. По способу формирования выдержки Ф. подразделяются на механические (с часовым приводом), пнев-матич., электромеханич. и электронные. Наиболее совершенны электронные Ф., у к-рых выдержка определяется временем зарядки конденсатора электрического. Изменяя переключателем параметры электрич. цепи, в к-рую включён конденсатор (напр., с помощью дополнит. резисторов), или ёмкость самого конденсатора, можно в определённых пределах изменять продолжительность выдержки. Диапазон выдержек различных Ф.- от десятых долей сек до нескольких десятков сек.

ФОТОТАКСИС (от фото... и греч. taxis - расположение), двигательная реакция подвижных микроорганизмов в ответ на световой стимул; один из видов так сов. Ф. называют и реакцию на свет зооспор, а также медленное перемещение хлоропластов внутри клетки. По характеру движения организма различают 2 осн. типа Ф.: топотаксис и фоботаксис. При топотаксисе клетки направленно движутся к источнику света (положительный топотаксис) или от него (отрицательный), при фоботаксисе клетка меняет направление движения на обратное на границе участков с различной освещённостью (шоковая реакция, реакция "испуга"). Положительный фо-ботаксис препятствует переходу в более затенённый участок, что приводит к скоплению беспорядочно движущихся клеток в световом пятне (эффект световой ловушки, рис. 1). Отрицательный фоботаксис способствует скоплению клеток в менее освещённых местах. Поскольку для обоих типов Ф. знак реакции зависит от интенсивности света (положительная - обычно при низкой интенсивности света, отрицательная - при очень высокой), Ф. обеспечивает выбор оптимальных условий освещения для фотосинтеза и жизнедеятельности клеток и может рассматриваться как важная приспособительная реакция микроорганизмов.

Механизм Ф. включает три осн. стадии: поглощение света и первичная реакция в фоторецепторе; преобразование стимула и передача сигнала двигат. аппарату; изменение движения жгутиков. По механизму реакций различают неспециализированный и специализированный Ф. При неспециализированном Ф., характерном для фотосинтезирующих бактерий и ряда водорослей, фоторецептором служит фотосинтетич. аппарат, заключённый в хлоропластах и хроматофорах, а появление сигнала связывают с изменением скорости первичных процессов фотосинтеза (потока электронов, фотофос-форилирования) при изменении интенсивности света, обусловленном перемещением организма. Специализированный Ф. обеспечивается спец. аппаратом. У эвглены (рис. 2) он состоит из парафла геллярного тела, пространственно связанного со жгутиком, и расположенной сбоку окрашенной стигмы. При движении (как в темноте, так и на свету) клетка вращается вокруг продольной оси. Поэтому при боковом освещении стигма периодически затеняет парафлагеллярное тело, к-рое, как полагают, служит фоторецептором, что и приводит к возникновению сигнала, вызывающего изменение направления движения. Механизм возникновения сигнала в фоторецепторе, по-видимому, связан с генерацией электрич. потенциала. Стимул действует до тех пор, пока клетка не поворачивается параллельно направлению светового потока - положение, в к-ром фоторецептор не затемняется. Описанное устройство (объёмом в неск. мкм) с высокой точностью направляет клетку на источник света или от него и служит примером биол. микросистемы с автоматич. регулированием. Специализированный Ф. проявляется в виде топотаксиса, фоботаксиса и стоп-реакций. Иногда Ф. наз. и нек-рые реакции на свет многоклеточных животных организмов, однако эти сложные реакции, опосредованные нервной системой, скорее относятся к области физиологии поведения. Природа Ф. ещё во многом неясна, но очевидно, что этот фундаментальный процесс, занимающий промежуточное положение между фотосинтезом и зрением, относится к новой и перспективной области, в к-рой скрещиваются интересы биофизики, молекулярной биологии, бионики, механохимии, клеточной физиологии. Лит.: Синещеков О. А., Литвин Ф. Ф., Фототаксис микроорганизмов, его механизм и связь с фотосинтезом, "Успехи современной биологии", 1974, т. 78, в. 1 (4); Feinleib М. Е., Curry G. М., The nature of the photoreceptor in phototaxis, в кн.: Handbook of sensory physiology, В.- Hdlb, -N. Y., 1971; Diehn В., Phototaxis and sensory transduction in Euglena, "Science", 1973, v. 181,..№ 4104; Nultsch W., Hadеr D. P., Uber die Rolle der beiden Photosysteme in der Photosysteme in der Pho-to-phobotaxis von Phormidium uncinatum, В., 1974. Ф. Ф. Литвин.

ФОТОТЕЛЕГРАМMA, изображение плоского оригинала (написанного от руки или отпечатанного на машинке текста, чертежа, фотографич. снимка и т. д.), передаваемое по каналам факсимильной связи. Назв. "Ф" принято относить только к факсимильным сообщениям, поступающим от граждан и орг-ций в отделения Мин-ва связи СССР (в отличие от аналогичной информации, передаваемой ТАСС, АПН, гидрометеослужбами, предприятиями, организациями и т. д.).

ФОТОТЕЛЕГРАФ, общепринятое сокращённое назв. факсимильной связи (фототелеграфной связи).

ФОТОТЕЛЕГРАФИЯ, область науки и техники, охватывающая изучение теоре-тич. основ факсимильной связи, разработку способов передачи неподвижных плоских изображений на расстояние по каналам связи и создание аппаратуры для реализации этих способов; исторически включается в телеграфию как один из её разделов. В Ф. решаются задачи, связанные с преобразованием оптич. изображений в электрич. сигналы и обратным преобразованием, с разработкой способов записи изображений, преобразованием аналоговой информации в дискретную, разработкой механич. и электронных систем развёртки, оценкой искажений сигналов факсимильной информации при передаче последних и устранением таких искажений. Развитие Ф. опирается на достижения электроники, радиотехники, электротехники, светотехники и др. Перспективы её развития связаны с совершенствованием факсимильных аппаратов (напр., их оснащением автоматич. устройствами приёма и регистрации изображений), разработкой и внедрением аппаратуры для передачи цветных изображений, повышением скорости передачи факсимильной информации и т. д.

Нередко встречается неточное употребление термина "Ф."- в смысле "факсимильная связь". С. О Мельник

ФОТОТЕЛЕГРАФНАЯ СВЯЗЬ, 1) общепринятое назв. факсимильной связи. 2) В более узком понимании - факсимильная связь, при к-рой регистрация принимаемых полутоновых изображений осуществляется фотографич., электрогра-фич. и др. методами (см. Фотографическая запись, Электростатическая запись).

ФОТОТЕЛЕГРАФНЫЙ АППАРАТ, 1) общепринятое назв. факсимильного аппарата. 2) Факсимильный аппарат, предназначенный для передачи или (и) приёма неподвижных полутоновых изображений с их регистрацией фотографич. методами (напр., в СССР - для передачи фотографич. снимков фотохроники ТАСС).

ФОТОТЕОДОЛИТ, инструмент, состоящий из фотокамеры и теодолита и предназначенный для фотосъёмки пересечённой местности, карьеров, инженерных сооружений, памятников и др. объектов с целью определения их размеров, формы и положения. Ф. "Геодезия" (рис. 1) и Ф. Photheo народного предприятия "Карл Цейс" (ГДР) имеют фотокамеры с фокусным расстоянием 19 см и форматом пластинок 13 X 18 см. Фотокамеры снабжены приспособлениями для установки оптич. оси в горизонтальное положение и под углами, равными 65, 100 и 135g относительно базиса. Это позволяет получать с концов базиса три стереопары с параллельными направлениями оптич. оси фотокамеры. Для съёмки объектов с небольших расстояний существуют Ф., состоящие из спаренных камер малого формата, установленных на штанге с постоянным или переменным базисом, напр. стереокамеры И. Г. Индиченко (рис 2) и К. Цейса. Съёмка берегов с корабля производится корабельным Ф., снабжённым двумя фотокамерами с синхронно дейетвующими затворами. Для изучения быстро движущихся объектов имеются кинофототеодолиты, позволяющие выполнять синхронное фотографирование с концов базиса через малые промежутки времени. В космической геодезии используются Ф. для фотографирования искусств. спутников Земли и звёзд с целью определения направлений на них и создания глобальной геодезической сети.

Лит. см. при ст. Фотограмметрия.

А. Н. Лобанов.

ФОТОТЕОДОЛИТНАЯ СЪЁМКА, съёмка местности, карьеров, инженерных сооружений и др. объектов с применением фототеодолита и приборов для фотограмметрической обработки снимков. Фототеодолитом с концов базиса S1 и S2 (рис. 1) получают снимки P1 и Р2 объекта, по к-рым с помощью стереокомпаратора или стереоавтографа определяют координаты отдельных точек и составляют цифровую модель или план объекта. Положение снимка, напр. P1, в момент фотографирования определяют элементы внутреннего ориентирования: фокусное расстояние фотокамеры - f и координаты главной точки o1-х0, z0, а также элементы внешнего ориентирования: координаты центра проекции S1- XS1, YS1, ZS1 в системе OXYZ и углы a1, w1, x1 Различают общий случай съёмки, когда элементы ориентирования снимков имеют произвольные значения, и частные случаи, в к-рых направления оптической оси фотокамеры горизонтальны, а = w = x=0, XS1 = YS1 = ZS1 = 0, x0 = z0 = 0. К частным случаям относятся: конвергентный (ф1 не = Ф2, рис. 2), параллельный (ф1 = ф2) и нормальный (ф1 = ф2 = 90°). В общем случае между координатами точки объекта М и координатами её изображений m1 и m2 на стереопаре P1- Р2 (рис. 1) существует связь:

Вх, Bу, Bz - проекции базиса В на оси координат, X'1, Y'1, Z'1 и Х'2 , Y'2, Z'2 -координаты точек m1 и m2 в системах S1XYZ и S2XYZ, параллельных OXYZ,. вычисляемые по формулам:

Здесь х, z - плоские координаты точки снимка в системе o1'x1z1 или о2'x2z2, ai, bi ci - направляющие косинусы, определяемые по углам а, w, x. Для параллельного случая съёмки формулы (1) принимают вид:

Ф. с. применяется в геодезии, топографии и астрономии для построения и сгущения опорной геодезической основы, а также для составления планов местности. По снимкам ИСЗ и звёздного неба, полученным с помощью спутниковых фотокамер, создаётся геодезическая основа на всю терр. земного шара (см. Космическая триангуляция).

Ф. с. широко используется и в др. областях науки и техники для решения мн. задач, напр. в географии для изучения ледников и процесса снегонакопления на лавиноопасных склонах; в лесоустройстве и с. х-ве для определения ле-сотаксационных характеристик, изучения эрозии почв; в инженерно-строительном деле при изыскании, проектировании, строительстве и эксплуатации различных сооружений (рис. 3); в архитектуре для изучения особенностей сооружений, наблюдения за состоянием архитектурных ансамблей, отдельных зданий и памятников старины (рис. 4, 5); и пром-сти для контроля установки каркаса турбин и прокатных станов и определения состояния дымовых труб; в исследованиях рек, морей и океанов для картографирования их поверхности и дна, а также для изучения подводного мира; в космич. исследованиях для изучения поверхности Земли, Луны и др. небесных тел с ИСЗ и космич. кораблей.

Лит.: Лобанов А. Н., Фототопография, 3 изд., М., 1968; Рапасов П. Н., Составление карт масштаба 1:2000-1:25000 методом комбинированной наземной и воздушной стереофотограмметрической съёмки, М., 1958; Киенко Ю. П., Аналитические методы определения координат в наземной стереофотограмметрии, М., 1972; Тюфлин

Ю. С., Способы стереофотограмметрической обработки снимков, полученных с подвижного базиса, М., 1971; Итоги науки и техники. Геодезия и аэросъёмка, т. 10, М., 1975; Русинов М. М., Инженерная фотограмметрия, М., 1966; Сердюков В. М., Фотограмметрия в инженерно-строительном деле, М., 1970. А.Н.Лобанов.

ФОТОТЕРАПИЯ, то же, что светолечение.

ФОТОТЕРМОМАГНИТНЫЙ ЭФФЕКТ, электронный термомагнитный эффект, возникновение в однородном полупроводнике, помещённом в магнитное поле Н, при облучении его электромагнитным излучением в перпендикулярном направлении, эдс в третьем перпендикулярном направлении. В результате поглощения излучения носителями тока в полупроводниках изменяется их средняя энергия. Такой "разогрев" носителей неоднороден и порождает поток более горячих носителей в направлении распространения излучения. Т. к. в этом направлении полупроводник электрически разомкнут, то в противоположном направлении появляется компенсирующий поток более холодных носителей. Время их свободного пробега зависит от энергии, поэтому перпендикулярное к этим потокам магнитное поле по-разному отклоняет горячие и холодные носители, что приводит к появлению эдс.

В отличие от Нернста - Эттингсхаузена эффекта и фотомагнитоэлектрического эффекта, Ф. э. возникает независимо от наличия градиента темп-ры кристаллич. решётки полупроводника и градиента концентрации носителей. Эдс имеет наибольшую величину в полупроводниках с малой эффективной массой носителей тока (напр., в InSb при низких темп-pax). Используется для создания высокочувствительных малоинерционных приёмников СВЧ- и инфракрасного излучения, применяемых в радиоастрономии, космич. исследованиях, спектроскопии, радиотеплолокации.

Лит.: Электронный термомагнитный эффект, "Радиотехника и электроника", 1963, т. 8, в. 6, с. 994. Э. М. Этитейн.

ФОТОТИПИЯ (от фото... и греч. typos - отпечаток, форма), способ безрастровой плоской печати иллюстраций, основанный на изменении физико-хим. свойств светочувствительного слоя. Ф. была изобретена в 1855 франц. химиком А. Пуатвеном. Для изготовления печатной формы на основу (пластинку или фольгу) наносят светочувствит. раствор, в состав к-рого входят желатина, дихромат калия или аммония, и высушивают получ. слой. На этот слой копируют полутоновый негатив, в результате чего отд. участки слоя задубливаются в разной степени. Затем пластину промывают водой для удаления непрореагировавшей соли; при этом слой набухает, приобретает складчатую структуру (явление ре-тикуляции); углубления между складками представляют собой печатающие элементы формы (рис.). На участках слоя, подвергшихся незначит. воздействию света, складки едва заметны, углубления между ними незначительны. При печатании краска заполняет только углубления между складками и на бумагу передаётся слой краски незначит. толщины. По мере увеличения степени за-дубленности слоя увеличиваются размер складок и глубина впадин между ними, следовательно, увеличивается толщина слоя краски, передаваемой на бумагу, а также суммарная запечатанная площадь. На максимально задубленных участках (в тёмных местах изображения) печатная краска покрывает всю поверхность слоя. Передача тональностей изображения в Ф. осуществляется путём изменения толщины слоя краски и размеров печатающих элементов, т. е. Ф. сочетает особенности глубокой печати и растровой. Для печати используются плоскопечатные машины, производительность к-рых до 1000 оттисков в смену; тираже-устойчивость формы ок. 1500 оттисков.

Применяется также ротационная Ф. (как контактная, так и офсетная). В СССР разработаны состав и режим изготовления светочувствит. слоя на основе желатины, очувствлённой дихроматами, пригодного для использования в обычных офсетных однокрасочных машинах (см. Печатная машина). В качестве основы печатной формы используются листы алюминия толщиной 0,6-0,8 мм, а также тонкая фольга (для печати на малоформатных офсетных машинах). Нанесение светочувствит. слоя механизировано; производительность машин до 5000 оттисков в смену; тиражеустойчивость формы - ок. 10 тыс. оттисков.

Ф. используется для воспроизведения с высокой точностью сложных художеств. оригиналов (карандашные рисунки, фотографии, произведения масляной и акварельной живописи и т. п.), а также для иллюстрирования изданий, выпускаемых небольшими тиражами, но требующих большой точности воспроизведения иллюстраций. Широкому применению Ф. препятствует небольшая производительность. Лит.: Рудомётов М. Д., Опыт систематического курса по графическим искусствам, т. 1, СПБ, 1898; Котик Р. А., Павленко Л., Соколов П., Об идентичности оттисков при фототипии, "Полиграфия", 1974, № 6. Р. А. Котик.

ФОТОТИРИСТОР, тиристор, перевод к-рого в состояние с высокой проводимостью осуществляется световым воздействием. При освещении Ф. в полупроводнике генерируются парные носители заряда (электроны и дырки), к-рые разделяются электрич. полем электронно-дырочных переходов (см. Фотоэдс). В результате через р - n-переходы начинают протекать токи (фототоки), играющие роль токов управления.

Конструктивно Ф. представляет собой светочувствит. монокристалл с р-п-р-n-структурой, обычно из кремния, расположенный на медном основании и закрытый герметичной крышкой с прозрачным для света окном. Наибольшее распространение получили конструкции с освещаемым n-эмиттером и с освещаемой р-базой.

Пригодные для управления Ф. источники излучения - электрич. лампы накаливания, импульсные газоразрядные лампы, светоизлучат. диоды, квантовые генераторы и др. Величина светового потока, необходимого для перевода Ф. в состояние с высокой проводимостью, характеризует чувствительность прибора; она определяется спектральным составом излучения, коэфф. отражения и поглощения монокристалла, а также заданными значениями электрич. параметров Ф.: напряжением переключения, скоростью нарастания прямого напряжения и т. д.

Совр. Ф. изготовляют на токи от неск. ма до 500 а и напряжения от неск. десятков в до 3 кв. Мощность управляющего светового излучения (при длине волны 0,9 мкм) порядка 1-102 мвт. Ф. находят применение в различных устройствах ав-томатич. управления и защиты, а также в мощных высоковольтных преобразоват. устройствах. В. М. Курцин.

ФОТОТРАНЗИСТОР, транзистор (обычно биполярный), в к-ром инжек-ция неравновесных носителей осуществляется на основе фотоэффекта внутреннего; служит для преобразования световых сигналов в электрические с одновременным усилением последних. Ф. представляет собой монокристаллич. полупроводниковую пластину из Ge или Si, в к-рой при помощи особых технологич. приёмов созданы 3 области, наз., как и в обычном транзисторе, эмиттером, коллектором и базой, причём последняя, в отличие от транзистора, как правило, вывода не имеет. Кристалл монтируется в защитный корпус с прозрачным входным окном. Включение Ф. во внешнюю электрич. цепь подобно включению биполярного транзистора, выполненному по схеме с общим эмиттером и нулевым током базы. При попадании света на базу (или коллектор) в ней образуются парные носители зарядов (электроны и дырки), к-рые разделяются электрич. полем коллекторного перехода. В результате в базовой области накапливаются осн. носители, что приводит к снижению потенциального барьера эмиттерного перехода и увеличению (усилению) тока через Ф. по сравнению с током, обусловленным переносом только тех носителей, к-рые образовались непосредственно под действием света.

Осн. параметрами и характеристиками Ф., как и др. фотоэлектрич. приборов (напр., фотоэлемента, фотодиода), являются: 1) интегральная чувствительность (отношение фототока к падающему световому потоку), у лучших образцов Ф. (напр., изготовленных по диффузионной планарной технологии) она достигает 10 а/лм; 2) спектральная характеристика (зависимость чувствительности к монохро-матич. излучению от длины волны этого излучения), позволяющая, в частности, установить длинноволновую границу применимости Ф.; эта граница (зависящая прежде всего от ширины запрещённой зоны полупроводникового материала) для германиевого Ф. составляет 1,7 мкм, для кремниевого - 1,1 мкм; 3) постоянная времени (характеризующая инерционность Ф.) не превышает неск. сотен мксек. Кроме того, Ф. характеризуется коэфф. усиления первоначального фототока, достигающим 102- 103.

Высокие надёжность, чувствительность и временная стабильность параметров Ф., а также его малые габариты и относит. простота конструкции позволяют широко использовать Ф. в системах контроля и автоматики - в качестве датчиков освещённости, элементов гальванич. развязки и т. д. (см. Приёмники излучения, Приёмники света, Оптрон). С 70-х гг. 20 в. разрабатываются полевые Ф. (аналоги полевых транзисторов).

Лит.: Амброзяк А., Конструкция и технология полупроводниковых фотоэлектрических приборов, пер. с польск., М., 1970. Ю. А. Кузнецов.

ФОТОТРАНСФОРМАТОР, прибор, позволяющий преобразовывать фотоснимок, полученный при наклонном положении оси фотоаппарата (напр., при аэрофотосъёмке) в горизонтальный аэроснимок заданного масштаба с целью составления фотоплана местности. На рис. 1

показана схема Ф.: Р - снимок, Е - горизонтальная (начальная) плоскость местности, а - угол наклона снимка, S - центр проекции, о - главная точка, J - главная точка схода, f - фокусное расстояние фотокамеры, S' - объектив, Е' - экран. Изображение снимка на экране Ф. не будет отличаться от горизонтального снимка, если: 1) объектив находится в плоскости главного вертикала Q на дуге окружности с радиусом

яние объектива; 4) главная плоскость объектива S'V, снимок и экран пересекаются по одной прямой; 5) расстояния d и d' от объектива до снимка и экрана

вдоль главной оптической оси удовлетво-

Для выполнения этих условий Ф. имеют инверсоры, позволяющие сократить количество устанавливаемых в приборе элементов. Изображение, полученное на экране, фиксируется на фотобумагу. Наибольшее применение имеют Ф., изготовляемые нар. предприятием " Карл Цейс" (ГДР) - Seg-I, Seg-IV и Rectimat

(рис. 2), фирмой "Оптон" (ФРГ) - Seg-V и "Вильд" (Швейцария) - Е-4. Лит. см. при ст. Фотограмметрия.

А. Н. Лобанов.

ФОТОТРИАНГУЛЯЦИЯ (от фото... и триангуляция), метод определения координат точек местности по фотоснимкам. Назначением Ф. является сгущение геодезической сети с целью обеспечения снимков опорными точками, необходимыми для составления топографической карты, и решения ряда инж. задач. Ф. может быть пространственной, если определяют все три координаты точек, или плановой, если определяют только две координаты, характеризующие положение точки в горизонтальной плоскости. Для пространственной Ф. необходимо построить общую модель местности, изобразившейся на данных снимках, и ориентировать её относительно геодезической системы координат (рис. 1).

Эту задачу решают путём внешнего ориентирования снимков, т. е. установки их в такое положение, при к-ром соответственные проектирующие лучи пересекаются, а координаты полевых опорных точек равны их заданным значениям (способ связок). Общую модель создают также путём построения частных моделей по отдельным стереоскопич. парам снимков и соединения их по связующим точкам (способы независимых и частично зависимых моделей). При аналитич. решении задач пространственной Ф. измеряют координаты точек снимков на монокомпараторе или стереокомпараторе и вычисляют координаты точек местности. Наиболее строгим и точным является способ связок, основанный на совместном уравнении фотограмметрич. и геодезич. измерений и показаний соответствующих приборов на борту съёмочного самолёта (см. Аэрофотосъёмка).

Для выполнения пространств. Ф. аналоговым способом используют фотограмметрические приборы - стереограф, стереопроектор, автограф и др., позволяющие строить независимые или частично зависимые модели.

Плановая Ф. основана на присущем снимкам с малыми углами наклона свойстве, заключающемся в том, что центральные углы с вершиной в главной точке снимка или вблизи этой точки практически равны соответствующим горизонтальным углам на местности. Плановую Ф. можно развить аналитич. способом, измерив на снимках центральные углы или координаты точек, или графическим способом при помощи восковок направлений, на к-рые перенесены углы со снимков (рис. 2).

Применяются маршрутная и блочная Ф. Наиболее эффективной является блочная Ф., к-рая строится по неск. или многим маршрутам с применением ЭЦВМ: она позволяет в большей степени разредить полевую подготовку снимков, чем маршрутная.

Лит.: Коншин М. Д., Аэрофотограмметрия, М., 1967; Лобанов А. Н., Аналитическая фотограмметрия, М., 1972; Бобир Н. Я., Лобанов А. Н.,

Федору к Г. Д., Фотограмметрия, М., 1974; Фототриангуляция с применением электронной цифровой вычислительной машины, 3 изд., М., 1975; Финаревский И. И., Уравнивание аналитической фототриангуляции, М., 1976. А. Н. Лобанов.

ФОТОТРОПИЗМ (от фото... и греч. tropos - поворот), изменение направления роста органов растений под влиянием односторонне падающего света. Различают положительный Ф., напр. изгиб стебля к источнику света, плагиотропизм, или диатропизм, пластинок листьев, становящихся под углом к падающему свету, и отрицательный Ф.- изгиб органа в сторону, противоположную источнику света (напр., верхушек некоторых корней, стеблей плюща). Один и тот же орган может быть положительно фототропичным при слабом свете, отрицательно - при сильном и совершенно не проявлять Ф. при среднем. Способность к Ф. у растений различных видов не одинакова. Она может изменяться и у растений одного вида (у молодых особей она при прочих равных условиях всегда больше, чем у более взрослых), а у одного и того же растения обнаруживается в более молодых органах. Ф. стеблей и листьев способствует равномерному расположению листьев на растении, вследствие чего они мало затеняют друг друга (см. Листовая мозаика); благодаря положительному Ф., а также отрицательному геотропизму верхушки проростков выходят на поверхность почвы даже при очень глубокой заделке семян.

Процесс Ф. слагается из ряда последовательных реакций: восприятия светового раздражения, возбуждения клеток и тканей, передачи возбуждения к клеткам и тканям ростовой зоны органа и, наконец, усиления или ослабления роста клеток и тканей этой зоны, влекущих за собой Ф. Восприятие светового возбуждения осуществляется специфич. фотоактивным комплексом, в состав к-рого входят каротиноиды и флавиновые пигменты. Проведение возбуждения по растению происходит с участием биоэлектрич. токов, а также гормонов растений - ауксинов (о механизме этих процессов см. в ст. Тропизмы).

Проявление Ф. зависит от спектрального состава падающего света. Макс. фототропич. чувствительность у растений обнаружена в спектре поглощения жёлтых и оранжевых пигментов - каро-тиноидов и флавинов; в связи с этим полагают, что световое раздражение воспринимают светочувствительные белки, содержащие эти пигменты. Каротиноидные "глазки" найдены также у нек-рых одноклеточных водорослей, обнаруживающих фототаксис, и у спорангиенос-цев грибов, способных к Ф.

Лит.: Дарвин Ч., Способность к движению у растений. Соч., т. 8, М. -Л., 1941; Тhimann К. V., Curry G. M., Phototropism,

в кн.: Simposium light and life, Bait., 1961, p. 646 - 70.

ФОТОТРОФНЫЕ БАКТЕРИИ, то же, что фотосинтезирующие бактерии.

ФОТОУПРУГОСТЬ, фотоэластический эффект, пьезооптический эффект, возникновение оптич. анизотропии в первоначально изотропных твёрдых телах (в т. ч. полимерах) под действием механич. напряжений. Открыта Т. И. Зеебеком (1813) и Д. Брюстером (1816). Ф. является следствием зависимости диэлектрической проницаемости вещества от деформации и проявляется в виде двойного лучепреломления и дихроизма, возникающих под действием механич. нагрузок. При одноосном растяжении или сжатии изотропное тело приобретает свойства оптически одноосного кристалла с оптич. осью, параллельной оси растяжения или сжатия (см. Кристаллооптика). При более сложных деформациях, напр. при двустороннем растяжении, образец становится оптически двухосным.

Ф. обусловлена деформацией электронных оболочек атомов и молекул и ориентацией оптически анизотропных молекул либо их частей, а в полимерах - раскручиванием и ориентацией полимерных цепей. Для малых одноосных растяжений или сжатий выполняется Брюстера

закон: dn = kP, где dn - величина двойного лучепреломления (разность показателей преломления для обыкновенной и необыкновенной волн), Р - напряжение, k - упругооптическая постоянная (постоянная Брюстера). Для стёкол k = 10-13- 10-12 см2/дин, для пластмасс (целлулоид) k = 10-12- 10-11 см2/дин.

Ф. используется при исследовании напряжений в механич. конструкциях, расчёт к-рых слишком сложен. Исследование двойного лучепреломления под действием нагрузок в выполненной из прозрачного материала модели (обычно уменьшенной) изучаемой конструкции позволяет установить характер и распределение в ней напряжений (см. Поляризационнооптический метод исследования). Ф. лежит в основе взаимодействия света и ультразвука в твёрдых телах.

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд., М., 1976; Дитчберн Р., Физическая оптика, пер. с англ., М., 1965; Фрохт М. М., Фотоупругость, пер. с англ., т. 1-2, М. -Л., 1948 - 50; Физическая акустика, пер. с англ., т. 7, М., 1974, гл. 5; Александров А. Я., Ахметзянов

М. X., Поляризационно-оптические методы механики деформируемого тела, М., 1973. Э. М. Эпштейн.

ФОТОФИЛЬМ, фильм (обычно короткометражный), состоящий из неподвижных фотографий. Метод Ф., занимающий промежуточное положение между киноискусством и фотоискусством, получил нек-рое распространение к сер. 20 в. (напр., "Взлётная полоса" франц. реж. К. Маркера, 1962).

ФОТОФОРМА, негатив или диапозитив, используемый в процессе изготовления печатной формы (см. Глубокая печать. Офсетная печать).

ФОТОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР, устройство в виде стеклянного или кварцевого сосуда, предназначенное для проведения химич. реакций, протекающих под действием света (искусственного или солнечного). Используется в пром. установках по произ-ву различных веществ и материалов (напр., в установках для нитрозирования циклогексана в процессе производства капролактама). См. также Солнечная фотосинтетическая установка.

ФОТОХИМИЯ, раздел химии, в к-ром изучаются реакции химические, происходящие под действием света. Ф. тесно связана с оптикой и оптическими излучениями. Первые фотохимич. закономерности были установлены в 19 в. (см. Гротгуса закон, Бунзена - Роско закон). Как самостоятельная область науки Ф. оформилась в 1-й трети 20 в., после открытия Эйнштейна закона, ставшего основным в Ф. Молекула вещества при поглощении кванта света переходит из основного в возбуждённое состояние, в к-ром она и вступает в химич. реакцию. Продукты этой первичной реакции (собственно фотохимич.) часто участвуют в различных вторичных реакциях (т. н. темневые реакции), приводящих к образованию конечных продуктов. С этой точки зрения Ф. можно определить как химию возбуждённых молекул, образовавшихся при поглощении квантов света. Часто более или менее значит. часть возбуждённых молекул не вступает в фотохимич. реакцию, а возвращается в основное состояние в результате различного рода фотофизич. процессов дезактивации. В ряде случаев эти процессы могут сопровождаться испусканием кванта света (флуоресценция или фосфоресценция). Отношение числа молекул, вступивших в фотохимич. реакцию, к числу поглощённых квантов света наз. квантовым выходом фотохимич. реакции. Квантовый выход первичной реакции не может быть больше единицы; обычно эта величина значительно меньше единицы из-за эффективной дезактивации. Вследствие же темновых реакций общий квантовый выход может быть значительно больше единицы.

Наиболее типичная фотохимич. реакция в газовой фазе - диссоциация молекул с образованием атомов и радикалов. Так, при действии коротковолнового ультрафиолетового (УФ) излучения, к-рому подвергается, напр., кислород, образующиеся возбуждённые молекулы О2* диссоциируют на атомы:

Эти атомы вступают во вторичную реакцию с О2, образуя озон:

О + О2->О3.

Такие процессы происходят, напр., в верхних слоях атмосферы под действием излучения Солнца (см. Озон в атмосфере).

При освещении смеси хлора с насыщенными углеводородами (RH, где R - алкил) происходит хлорирование последних. Первичная реакция - диссоциация молекулы хлора на атомы, за ней следует цепная реакция образования хлоруглеводородов:


 
 

C1 + RH->HC1 + R R + Cl2RCl + Cl и т. д.

Общий квантовый выход этой цепной реакции значительно больше единицы.

При освещении ртутной лампой смеси паров ртути с водородом свет поглощается только атомами ртути. Последние, переходя в возбуждённое состояние, вызывают диссоциацию молекул водорода:

Hg* + H2->Hg + H + H.

Это пример сенсибилизированной фотохимич. реакции. Под действием кванта света, обладающего достаточно высокой энергией, молекулы превращаются в ионы. Этот процесс, наз. фотоионизацией, удобно наблюдать с помощью масс-спектрометра.

Простейший фотохимич. процесс в жидкой фазе - перенос электрона, т. е. вызванная светом окислительно-восстановительная реакция. Напр., при действии УФ света на водный раствор, содержащий ионы Fe2+, Сr2+, V2+ и др., электрон переходит от возбуждённого иона к молекуле воды, напр.:

(Fe2+)* + H2O->Fe3+ + ОН- + Н+.

Вторичные реакции приводят к образованию молекулы водорода. Перенос электрона, к-рый может происходить при поглощении видимого света, характерен для мн. красителей. Фотоперенос электрона с участием молекулы хлорофилла представляет собой первичный акт фотосинтеза - сложного фотобиологич. процесса, происходящего в зелёном листе под действием солнечного света.

В жидкой фазе молекулы органич. соединений с кратными связями и ароматич. кольцами могут участвовать в разнообразных темновых реакциях. Кроме разрыва связей, приводящего к образованию радикалов и бирадикалов (напр., карбе-нов), а также гетеролитич. реакций замещения, известны многочисл. фотохимич. процессы изомеризации, перегруппировок, образования циклов и др. Существуют органич. соединения, к-рые под действием УФ света изомеризуются и приобретают окраску, а при освещении видимым светом снова превращаются в исходные бесцветные соединения. Это явление, получившее название фотохромии,- частный случай обратимых фотохимич. превращений.

Задача изучения механизма фотохимич. реакций весьма сложна. Поглощение кванта света и образование возбуждённой молекулы происходят за время порядка 10-15 сек. Для органич. молекул с кратными связями и ароматич. кольцами, представляющих для Ф. наибольший интерес, существуют два типа возбуждённых состояний, к-рые различаются величиной суммарного спина молекулы. Последний может быть равен нулю (в основном состоянии) или единице. Эти состояния наз. соответственно синглетными и триплетными. В синглетное возбуждённое состояние молекула переходит непосредственно при поглощении кванта света. Переход из синглетного в триплетное состояние происходит в результате фотофизич. процесса. Время жизни молекулы в возбуждённом синглет-ном состоянии составляет ~ 10-8 сек; в триплетном состоянии - от 10-5 - 10-4 сек (жидкие среды) до 20 сек (жёсткие среды, напр. твёрдые полимеры). Поэтому мн. органич. молекулы вступают в химич. реакции именно в триплетном состоянии. По этой же причине концентрация молекул в этом состоянии может стать столь значительной, что молекулы начинают поглощать свет, переходя в высоковозбуждённое состояние, в к-ром они вступают в т. н. двухквантовые реакции. Возбуждённая молекула А* часто образует комплекс с невозбуждённой молекулой А или с молекулой В. Такие комплексы, существующие только в возбуждённом состоянии, наз. соответственно эксимерами (АА)* или эксиплексами (АВ)*. Эксиплексы часто являются предшественниками первичной химич. реакции. Первичные продукты фотохимич. реакции - радикалы, ионы, ион-радикалы и электроны - быстро вступают в дальнейшие темновые реакции за время, не превышающее обычно 10-3 сек.

Один из наиболее эффективных методов исследования механизма фотохимич. реакций - импульсный фотолиз, сущность к-рого заключается в создании высокой концентрации возбуждённых молекул путём освещения реакционной смеси кратковременной, но мощной вспышкой света. Возникающие при этом короткоживущие частицы (точнее - возбуждённые состояния и названные выше первичные продукты фотохимич. реакции) обнаруживаются по поглощению ими "зондирующего" луча. Это поглощение и его изменение во времени регистрируется при помощи фотоумножителя и осциллографа. Таким методом можно определить как спектр поглощения промежуточной частицы (и тем самым идентифицировать эту частицу), так и кинетику её образования и исчезновения. При этом применяются лазерные импульсы продолжительностью 10-8 сек и даже 10-11- 10-12 сек, что позволяет исследовать самые ранние стадии фотохимич. процесса.

Область практич. приложения Ф. обширна. Разрабатываются способы химич. синтеза на основе фотохимич. реакций (см. Фотохимический реактор, Солнечная фотосинтетическая установка). Нашли применение, в частности для записи информации, фотохромные соединения. С применением фотохимич. процессов получают рельефные изображения для микроэлектроники, печатные формы для полиграфии (см. также Фотолитография). Практич. значение имеет фотохимич. хлорирование (гл. обр. насыщенных углеводородов). Важнейшая область практич. применения Ф. - фотография. Помимо фотографич. процесса, осн. на фотохимич. разложении галоге-нидов серебра (гл. обр. AgBr), всё большее значение приобретают различные методы несеребряной фотографии; напр., фотохимич. разложение диазосоединений лежит в основе диазотипии.

Лит.: Турро Н. Д., Молекулярная фотохимия, пер. с англ., М., 1967; Теренин

А. Н., Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений, Л., 1967; Калверт Д. Д., Питтс Д. Н., Фотохимия, пер. с англ., М., 1968; Багдасарьян

X. С., Двухквантовая фотохимия, М., 1976. X. С. Багдасарьян.

ФОТОХРОМИЗМ (от фото... и греч. chroma - цвет, краска), способность вещества обратимо (т. е. с последующим возвращением в исходное состояние) переходить под действием оптического излучения из одного состояния в к.-л. такое другое состояние, в к-ром у вещества появляется или резко меняется спектр поглощения видимого излучения. Мн. вещества совершают указанные переходы под действием, напр., рентгеновского или СВЧ-излучения. Тем не менее фотохромными в строгом смысле они являются, только если такие переходы они испытывают и под действием оптич. излучения (ультрафиолетового, видимого или инфракрасного).

В общем виде фотохромный процесс заключается в следующем. В исходном состоянии А вещество, поглощая оптич. излучение определ. спектрального состава, переходит в т. н. фото индуцированное состояние В, для к-рого характерны иной спектр поглощения света и нек-рое (определённое для данного состояния) время жизни. Обратный переход В -> А совершается самопроизвольно за счёт тепловой энергии и может чрезвычайно сильно ускоряться при нагревании вещества или под действием света, поглощаемого в состоянии В.

Ф. присущ очень большому числу веществ органич. или неорганич. происхождения. В основе Ф. органич. веществ лежит ряд фотофизич. процессов и многочисл. фотохимич. реакции (см. Фотохимия; там же о таких типичных фотофизич. процессах, приводящих к Ф., как поглощение света молекулами в триплетном состоянии, в к-рое они перешли из синглетного, в свою очередь, под действием излучения). Если основой Ф. служат фотохимич. реакции, то они сопровождаются либо перестройкой валентных связей (напр., при диссоциации, димеризации, перегруппировке атомов в молекуле, окислительно-восстановительных реакциях, а также при таутомерных превращениях, см. Таутомерия), либо изменением конфигурации атомов в молекулах (т. н. цис-транс-изомерия, см. Изомерия). Ф. неорганических веществ обусловлен обратимыми процессами фотопереноса электронов, приводящим к возникновению центров окраски различного типа, изменению валентности ионов металлов, а также обратимыми реакциями фотодиссоциации соединений и др.

На основе органич. и неорганич. фото-хромных веществ разработаны фотохромные материалы. Применение этих материалов в науке и технике основано на их светочувствительности, обратимости происходящих в них фотофизич. и фотохимич. процессов, на появлении или изменении окраски (спектров поглощения) непосредственно под действием света, на различии термич., химич. и физич. свойств исходного и фотоиндуцирован-ного состояний фотохромных веществ.

Лит.: Теренин А. Н., Фотоника молекул красителей и родственных органических соединений, Л., 1967; Барачевский

В. А., Фотохромизм, "Журнал Всесоюзного Химического об-ва им. Д. И. Менделеева", 1974, т. 19, № 4, с. 423 - 33; Б а-рачевский В. А., Лашков Г. И., Цехомский В. А., Фотохромизм и его применение, М., 1977; Photochromism, N. Y., [1971]. В. А. Барашевский.

ФОТОХРОМНОЕ СТЕКЛО, неорганическое стекло, способное обратимо изменять светопропускание в видимой области спектра при воздействии ультрафиолетового или коротковолнового видимого излучения. Светочувствительность Ф. с. обусловлена фотохимич. процессами, к-рые могут быть связаны как с переходом электронов между элементами переменной валентности (напр., ЕuII и Сеш), так и с фотолизом галогенидов тяжёлых металлов (галогениды равномерно распределены в объёме стекла в виде микрокристаллич. образований). Благодаря высоким фотохромным характеристикам (оптич. плотность, достигаемая при затемнении, скорости потемнения и релаксации) и технологич. свойствам наиболее распространены стёкла с галогени-дами серебра. Известны также Ф. с. с галогенидами меди и хлоридом таллия. Составы стёкол разнообразны (силикатные, боратные, боросиликатные, германатные и фосфатные системы). Технологич. режимы синтеза Ф. с. те же, что и при получении технич. стёкол. Возможные области применения Ф. с.: в приборостроении (в качестве светофильтров с переменным пропусканием), стр-ве (для регулирования освещённости и нагрева в зданиях), голографии (в качестве регистрирующей среды для записи информации), медицине (спец. очки), самолёто- и ракетостроении (остекление кабин) и т. д.

Лит.: Бережной А. И., Ситаллы и фотоспталлы, М., 1966; Цехомский В. А., Фотохромные стекла, "Оптико-механическая промышленность", 1967, № 7.

М. В. Артамонова.

ФОТОХРОМНЫЕ МАТЕРИАЛЫ в фотографии, материалы, в к-рых используется явление фотохромизма органич. и неорганич. веществ; один из новых (получивших распространение с 60-х гг. 20 в.) типов светочувствит. материалов для регистрации изображений, записи и обработки оптич. сигналов. В зависимости от области применения Ф. м. изготовляют в виде: жидких растворов; полимерных плёнок; тонких аморфных и поликристаллич. слоев на гибкой и жёсткой подложке; силикатных и полимерных стёкол; монокристаллов.

Наибольшее распространение получили полимерные Ф. м. на основе органич. соединений (спиропиранов, дитизонатов металлов и др.), фотохромные силикатные стёкла, содержащие микрокристаллы галогенидов серебра (AgBr, AgCl и др.), активированные кристаллы щёлочно-галоидных соединений (напр., КС1, KBr, NaF), солей и окислов щёлочноземельных металлов с добавками (напр., CaF2/La, Ce; SrTiO3/Fe + Mo).

Применение Ф. м. в фотографии определяется наличием у них таких свойств, как исключительно высокая разрешающая способность (теоретически миним. элемент изображения может иметь размер порядка размера молекулы или элементарной ячейки кристалла, т. е. менее одного нм), возможность получения изображения непосредственно под действием света, т. е. практически в реальном масштабе времени (время записи ограничивается длительностью элементарных фотопроцессов и может быть менее 10-8 сек), изменение в широких пределах времени хранения записанной информации (от 10-6 сек до неск. месяцев и даже лет), возможность перезаписи и исправления изображения с помощью теплового или светового воздействия. В зависимости от типа Ф. м. можно получать негативное или позитивное многоцветное изображение под действием излучения в диапазоне от рентгеновского до микроволнового.

Светочувствительность Ф. м. на 4-7 порядков ниже, чем у галогенсереб-ряных фотоматериалов, поэтому особый интерес представляет применение Ф. м. в лазерных системах, обеспечивающих запись и обработку оптич. информации в мощных потоках излучения в реальном масштабе времени.

Помимо использования в традиц. областях фотографии, Ф. м. находят применение в системах отображения динамич. информации, скоростной оптич. обработки оптич. и электрич. сигналов, в качестве элементов оперативной памяти ЭВМ (где быстродействие и многократность использования Ф. м. особенно важны), в системах микрофильмирования и микрозаписи, в голографии (где особенно существенно высокое разрешение Ф. м.), при фотомаскировании в цветной фотографии и печати (где с помощью Ф. м. можно создавать корректирующие спектральные или контурные маски в момент экспонирования или печатания), а также в оптоэлектронике, дозиметрии, актинометрии, в оптич. затворах, автоматически изменяющих пропускание света в зависимости от уровня освещённости, и мн. др.

Лит. см. при ст. Фотохромизм.

В. А. Барачевский, Л. А. Картужанский.

ФОТОХРОНИКА, хроника текущей жизни, отражённая в фотографиях, помещаемых в газетах, журналах или на специальных стендах (напр., Ф. ТАСС). Обычно к Ф. относят фотографич. изображения, не всегда заключающие в себе эстетическое содержание (в отличие от произведений документального фотоискусства) и наделённые преим. историко-познават. ценностью.

ФОТОХРОНОМЕТРАЖ, см. Хронометраж .

ФОТОЦИНКОГРАФИЯ, способ изготовления оригинальных (первичных) печатных форм высокой печати путём фотографич. переноса изображения на цинковую пластину (с последующим её травлением). Ф. больше известна под назв. цинкографии.

ФОТОЭДС, электродвижущая сила, возникающая в полупроводнике при поглощении в нём электромагнитного излучения (фотонов). Появление Ф. (фотовольтаический эффект) обусловлено пространств, разделением генерируемых излучением носителей заряда (фотоносителей). Разделение фотоносителей происходит в процессе их диффузии и дрейфа в электрич. и магнитном полях из-за неравномерной генерации, неоднородности кристалла, воздействия внеш. магнитного поля, одноосного сжатия и др.

Объёмная Ф. в однородном полупроводнике, обусловленная неодинаковой генерацией в нём фотоносителей, наз. диффузионной, или фотоэдс Дембера. При неравномерном освещении полупроводника или облучении его сильно поглощающимся (и быстро затухающим в глубине кристалла) излучением концентрация фотоносителей велика вблизи облучаемой грани и мала или равна нулю в затемнённых участках. Фотоносители диффундируют от облучаемой грани в область, где их концентрация меньше, и если подвижности электронов проводимости и дырок неодинаковы, в объёме полупроводника возникает пространств. заряд, а между освещённым и затемнённым участками - фотоэдс Дембера. Величина этой Ф. между двумя точками полупроводника 1 и 2 может быть вычислена по формуле:

где k - Больцмана постоянная, е- заряд электрона, Т - темп-pa, мэ и мд - подвижности электронов и дырок, с1 и с2- электропроводность в точках 1 и 2. Фотоэдс Дембера при данной интенсивности освещения тем больше, чем больше разность подвижностей электронов и дырок и чем меньше электропроводность полупроводника в темноте. Излучение, генерирующее в полупроводнике только основные носители заряда, не создаёт фотоэдс Дембера, так как в этом случае эдс в объёме компенсируется равной ей по величине и противоположной по знаку эдс, образующейся на контакте полупроводника с электродом. Фотоэдс Дембера в обычных полупроводниках мала и практич. применения не имеет.

Вентильная (барьерная) Ф. возникает в неоднородных по химич. составу или неоднородно легированных примесями полупроводниках, а также на контакте полупроводника с металлом. В области неоднородности в полупроводнике существует внутр. электрич. поле, к-рое ускоряет генерируемые излучением неосновные и замедляет основные неравновесные носители заряда. В результате фотоносители разных знаков пространственно разделяются. Разделение электронов и дырок внутр. полем эффективно, когда неоднородность не слишком плавная, так что на длине порядка диффузионной длины неосновных носителей заряда разность химических потенциалов превышает kT/e (при комнатной темп-ре kT/e = 0,025 эв). Вентильная Ф. может возникать в полупроводнике под действием света, генерирующего и электроны, и дырки или хотя бы только неосновные носители. Для практич. применений особенно важна вентильная Ф., возникающая в электронно-дырочном переходе или полупроводниковом гетеропереходе. Она используется в фотоэлектронных приборах (фотовольтаических элементах, солнечных элементах). По величине вентильной Ф. также обнаруживают слабые неоднородности в полупроводниковых материалах.

Ф. может возникать также в однородном полупроводнике при одновременном одноосном сжатии и освещении (фотопьезоэлектрический эффект). Она появляется на гранях, перпендикулярных направлению сжатия, её величина и знак зависят от направления сжатия и освещения относительно кри-сталлографич. осей. Ф. пропорциональна давлению и интенсивности излучения. В этом случае Ф. обусловлена анизотропией коэфф. диффузии фотоносителей, вызванной одноосной деформацией кристалла. При неоднородном сжатии и одновременном освещении полупроводника Ф. может быть обусловлена неодинаковым в разных частях кристалла изменением ширины запрещённой зоны под действием давления (тензорезистивный эффект).

В полупроводнике, помещённом в магнитное поле и освещённом сильно поглощающимся светом так, что градиент концентрации фотоносителей (и их диффузионный поток) возникает в направлении, перпендикулярном магнитному полю, электроны и дырки разделяются вследствие их отклонения магнитным полем в противоположных направлениях (см. Кикоина - Носкова эффект).

Сов. физик Б. И. Давыдов (1937) установил, что Ф. может возникать и при генерации только осн. носителей заряда (или при поглощении электронами проводимости излучения), если энергия фотоносителей заметно отличается от энергии др. носителей заряда. Обычно такая Ф. возникает в чистых полупроводниках с высокой подвижностью электронов при очень низких темп-pax. Ф. в этом случае обусловлена зависимостью подвижности и коэфф. диффузии электронов от их энергии. Ф. этого типа имеет заметную величину в InSb и-типа, охлаждённом до темп-ры жидкого гелия.

При поглощении излучения свободными носителями заряда в полупроводнике вместе с энергией фотонов поглощается их импульс. В результате электроны приобретают направленное движение относительно кристаллич. решётки и па гранях кристалла, перпендикулярных потоку излучения, появляется Ф. светового давления. Она мала, но вместе с тем очень мала и её инерционность (порядка 10-11 сек). Ф. светового давления используется в быстродействующих приёмниках излучений, предназначенных для измерения мощности и формы импульсов излучения лазеров.

Лит.: Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Тауц Ян, Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках, пер. с чеш., М., 1962; Фотопроводимость. Сб. ст., М., 1967. Т. М. Лифшиц.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЗВЁЗДНАЯ ВЕЛИЧИНА, см. Звёздная величина.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, определение химич. состава примесей в полупроводниках и изучение их энергетической структуры по спектрам примесной фотопроводимости. Примесный атом в полупроводнике может находиться в основном (невозбуждённом) или одном из возбуждённых энерге-тич. состояний. Спектр этих состояний специфичен для каждого химич. элемента примеси в данном полупроводнике. Если облучать полупроводник монохро-матич. излучением, плавно изменяя частоту со, т. е. энергию фотонов Йсо (где h- Планка постоянная), то всякий раз, когда hw будет совпадать с энергетич. зазором между основным и одним из возбуждённых состояний, атом примеси соответствующего сорта будет переходить в это возбуждённое состояние, поглощая фотон. Можно подобрать темп-ру кристалла так, что энергия его тепловых колебаний окажется достаточной для ионизации возбуждённого атома (но недостаточной для ионизации невозбуждённого атома). Тогда будет происходить двухступенчатая фототермич. ионизация примесных атомов: сначала оптич. возбуждение, а затем термич. ионизация. Её результатом является выброс электрона или дырки из атома примеси в зону проводимости и соответственно - фотопроводимость.

Спектр примесной фотопроводимости состоит из набора пиков, каждый из к-рых соответствует энергии фотонов, вызывающих переход в одно из возбуждённых состояний атомов примеси определ. сорта (см. рис.). Высоты пиков в широких пределах изменения концентраций примесей не зависят от этих концентраций. Благодаря этому Ф. с. позволяет обнаруживать ничтожно малые кол-ва примесей. Например, в образце Ge, спектр которого приведён на рисунке, суммарная концентрация примесных атомов составляет 10-11 % от общего числа атомов. Теоретич. предел чувствительности Ф. с. ещё на несколько порядков ниже.

Лит.: Лифшиц Т. М., Лихтман

Н. П., Сидоров В. И., Фотоэлектрическая спектроскопия примесей в полупроводниках, "Письма в редакцию ЖЭТФ", 1968, т. 7, в. 3, с. 111-14; Коган Ш. М., Седунов Б. И., Фототермическая ионизация примесного центра в кристалле, "Физика твердого тела", 1966, т. 8, в. 8, с. 2382-89; Быкова Е. М., Лифшиц Т. М., Сидоров В. И., Фотоэлектрическая спектроскопия, полный качественный анализ остаточных примесей в полупроводнике, "Физика и техника полупроводников", 1973, т. 7, № 5, с. 986-88; Коgan Sh. M., Lifshits,

Т. М., Photoelectric Spectroscopy - a new Method of Analysis or Impurities in Semiconductors, "Physica status solidi (a)", 1977, 39, № 1, p. 11. Т. М. Лифшиц.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, электрич. явления, происходящие в веществах под действием электромагнитного излучения. Поглощение электромагнитной энергии в веществе происходит всегда отд. порциями - квантами (фотонами), равными Йсо (И-Планка постоянная, w - частота излучения). Ф. я. возникают, когда энергия поглощённого фотона затрачивается на квантовый переход электрона в состояние с большей энергией. В зависимости от соотношения между энергией фотонов и характерными энергиями вещества (энергией возбуждения атомов и молекул, энергией их ионизации, работой выхода электронов из твёрдого тела и т. п.) поглощение электромагнитного излучения может вызывать разные Ф. я. Если энергии фотона хватает лишь для возбуждения атома, то может возникнуть изменение диэлектрической проницаемости вещества (фотодиэлектрический эффект). Если энергия фотона достаточна для образования неравновесных носителей заряда в твёрдом теле - электронов проводимости и дырок, то изменяется электропроводность тела (см. Фотопроводимость). В неоднородных телах, напр/ в полупроводниках с неоднородным распределением примесей, в частности в области электронно-дырочного перехода, вблизи контакта двух разнородных полупроводников (см. Полупроводниковый гетеропереход), контакта полупроводник - металл, или при неоднородном облучении, а также в полупроводниках, помещённых в магнитное поле, возникает электродвижущая сила (см. Фотоэдс, Кикоина - Носкова эффект). Фотопроводимость и фотоэдс могут возникать также при поглощении фотонов электронами проводимости, в результате чего увеличивается их подвижность (см. Подвижность носителей тока).

Если Йсо достаточно велика для ионизации атомов и молекул газа, то происходит фотоионизация. Когда эта энергия поглощается электронами жидкости или твёрдого тела, если последние могут достичь поверхности тела и, преодолев существующий на ней потенциальный барьер, выйти в вакуум или др. среду, то возникает фотоэлектронная эмиссия. Фотоэлектронную эмиссию часто наз. внешним фотоэффектом. В отличие от него, все Ф. я., обусловленные переходами электронов из связанных состояний в квазисвободные внутри твёрдого тела, объединяются термином фотоэффект внутренний.

Следует отличать Ф. я. от электрич. явлений, возникающих при нагревании тел электромагнитным излучением. Все Ф. я. обусловлены нарушением равновесия между системой электронов, с одной стороны, и атомом, молекулой или кристаллич. решёткой - с другой. Неравновесное состояние электронной системы тела сохраняется нек-рое время после поглощения фотона, в течение к-рого и могут наблюдаться Ф. я. Затем избыточная энергия электронов рассеивается (напр., передаётся кристаллич. решётке) и в теле устанавливается равновесие, соответствующее более высокой темп-ре. Ф. я. исчезают, но из-за нагревания тела в нём могут возникнуть явления, по внеш. признакам аналогичные Ф. я.: болометрич. эффект (изменение электропроводности), пироэлектрич. эффект (см. Пироэлектрики), термоэлектронная эмиссия, термоэдс и др. термоэлектрические явления.

В полупроводниках и диэлектриках электронов проводимости мало, поэтому уже небольшого числа фотонов достаточно для заметного увеличения количества электронов или их энергии. Теплоёмкость же кристаллич. решётки тел очень велика по сравнению с теплоёмкостью "газа" электронов проводимости. Вследствие этого в телах не очень малых размеров Ф. я. возникают при поглощении в них гораздо меньшей энергии электромагнитного излучения, чем та, к-рая необходима для наблюдения термоэлек-трич. явлений. Инерционность Ф. я. во много раз меньше инерционности термо-электрич. явлений и (в отличие от последних) не зависит от размеров тел и качества теплового контакта их с др. телами.

В металлах из-за очень высокой элек -тропроводности внутр. фотоэффект не наблюдается и возникает только фотоэлектронная эмиссия.

Лит.: Рывкин С. М., Фотоэлектрические явления в полупроводниках, М., 1963; Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Панков Ж., Оптические процессы в полупроводниках, пер. с англ., М., 1973; Соммер А., Фотоэмиссионные материалы, пер. с англ., М., 1973. Г. М. Лифшиц.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР, устройство, непосредственно преобразующее энергию оптич. излучения в электрическую на основе явления фотоэффекта внутреннего в полупроводниках. Преобразуемой энергией является энергия солнечной радиации (см. Солнечная батарея), инфракрасного излучения нагретых тел либо лазерного излучения (в любом диапазоне волн).

Обычно Ф. г. конструктивно выполняют в виде плоской панели, собранной из отд. фотоэлементов, причём толщина полупроводника не превышает 0,2- 0,3 мм. Кпд серийно выпускаемых Ф. г. 10-12%, у лучших образцов он достигает 15-18%. Ф. г. способны преобразовывать энергию излучения сверхвысокой плотности до неск. квт/см2. Отд. элементы Ф. г. могут быть соединены между собой как последовательно, так и параллельно; при этом от генератора можно получать соответственно малые токи при большом напряжении (до неск. кв) или большие токи (до неск. сотен а) при малом напряжении.

Достоинства Ф. г.- портативность, практически неогранич. срок службы и хранения, отсутствие движущихся частей, простота обслуживания, отсутствие вредных для окружающей среды выделений; их недостаток - относительно высокая стоимость. Ф. г. используют в качестве автономных источников энергопитания аппаратуры космич. летат. аппаратов, радиоприёмников и приёмно-передающих радиостанций, маяков и навигац. указателей, устройств антикоррозионной защиты нефте- и газопроводов и т. п. Разработаны проекты создания солнечных электростанций большой мощности на основе Ф. г., снабжённых концентраторами солнечного излучения.

Лит.: Васильев А. М., Ландсман А. П., Полупроводниковые фотопреобразователи, М., 1971. М. М. Колтун.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГИД в астрономии, вспомогательное фотоэлектрич. устройство, автоматически выполняющее гидирование телескопа. Ф. г. автоматически удерживает в поле зрения телескопа наблюдаемое небесное светило, движущееся вследствие видимого суточного вращения небесной сферы или реального его движения относительно звёзд.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ, усилитель постоянного тока (напряжения), действие к-рого основано на увеличении тока в электрич. цепи при освещении включённого в неё светочувствит. элемента (фоторезистора, фотоэлемента). Ток в цепи светочувствит. элемента зависит от яркости источника света и от площади освещаемой поверхности светочувствит. элемента. Соответственно этому Ф. у. подразделяются на две группы: к первой относятся фото-электронакальные, фотоэлектролюминесцентные и фотоэлектрогазоразрядные Ф. у., применяемые в качестве фотоэлектрич. элементов автоматики для регулирования и регистрации различных процессов (рис., а, 6, в); во вторую входят фотоэлектрооптич. усилители (рис., г) и фотогальванометрические компенсационные усилители, используемые в качестве элементов точных электроизмерит. устройств.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФОТОМЕТР, см. в ст. Астрофотометр.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭКСПОНОМЕТР, экспонометр, в к-ром яркость или освещённость объекта съёмки определяется при помощи фотоэлектрич. приёмников света (фотоприёмников) - фотоэлементов или фоторезисторов. Фотоприёмники включаются в цепь индикатора тока (обычно магнитоэлектрич. гальванометра стрелочного типа); при использовании фоторезистора в цепь дополнительно включают источник тока. Яркость или освещённость объекта съёмки оценивают по углу отклонения стрелки гальванометра, пропорциональному току в цепи фотоприёмника, а следовательно, и по величине светового потока, падающего на светоприёмную площадку фотоприёмника. Экспозиц. параметры определяют при помощи механич. калькулятора, на к-рый переносят показания стрелки гальванометра (измерителя). В Ф. э. индикатором тока может служить светоизлучающий диод (светодиод), включённый в диагональ мостовой цепи. В таких Ф. э. для определения экспозиц. параметров вращают движок переменного резистора, связанный с калькулятором, до тех пор, пока не наступают условия равновесия мостовой цепи (этот момент определяется по прекращению свечения светодиода). Нек-рые Ф. э. снабжены видоискателем, что позволяет одновременно со считыванием показаний наблюдать объект, яркость (освещённость) к-рого определяется. Конструктивно Ф. э. представляет собой портативный прибор, все основные узлы к-рого смонтированы внутри и снаружи пластмассового корпуса. Особую группу составляют Ф. э., встраиваемые в фото-и киносъёмочные аппараты. Механизм таких Ф. э. связан с механизмом установки диафрагмы, однако в ряде моделей фотографич. аппаратов встроенный Ф. э. является самостоят. прибором, калькулятор к-рого размещён на корпусе аппарата. С. В. Кулагин.

ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ АЭРОСЪЁМКА, съёмка местности с воздуха и из космоса сканирующей аппаратурой, к-рая позволяет принимать излучаемые и отражаемые объектами электромагнитные волны, усиливать их и преобразовывать электронно-оптич. путём в видимое изображение, а затем воспроизводить его с экрана преобразователя на фотоплёнке (движущейся с той же скоростью, что и носитель аппаратуры). При Ф. а. построение последоват. изображений осуществляется путём их развёртки: в поперечном направлении - за счёт работы сканирующего устройства, в продольном - за счёт движения носителя. Ф. а. может выполняться как в видимой части спектра, так и вне её пределов. Из практически применяемых видов Ф. а. (см. Аэрометоды) наибольшее значение приобрели инфратепловая и радиолокац. аэросъёмки. Каждая из них, как правило, требует своих условий и режимов съёмочных работ. Фотоэлектронные аэроснимки по общему облику изображения местности напоминают обычные аэрофотоснимки. Однако они воспроизводят не внеш. вид наземных объектов, а их тепловые свойства или характер отражения радиоволн, что позволяет использовать эти аэроснимки как источник дополнит. информации. Дешифрирование фотоэлектронных аэроснимков осуществляется на той же принципиальной основе, что и аэрофотоснимков, но в данном случае приходится иметь дело с менее детализированным изображением и учитывать значительно большее число природных и технич. факторов, предопределяющих особенности передачи тех или иных объектов.

Инфратепловая аэросъёмка (инфракрасная нефотографическая, ИК-термальная) относится к числу пассивных Ф. а. (т. е. без заданного импульса) и предназначена для регистрации собственного теплового излучения объектов местности в диапазоне длин волн 1,2- 25 мкм. Из имеющихся в этом диапазоне неск. атмосферных "окон пропускания" тепловых лучей используются соответствующие интервалам 3,4-4,2 мкм для фиксации излучения от сильно нагретых тел и 8-12 мкм - от слабо нагретых. Сканирование в процессе инфратепловой Ф. а. ведётся перпендикулярно линии полёта, с помощью оптич. устройства, обеспечивающего большой угол обзора (порядка 60°). Совр. приборы для этой Ф. а., наз. аэросъёмочными тепловизо-рами, могут давать аэроснимки самых различных масштабов с геометрич. разрешением деталей на местности ок. 0,001 от высоты съёмки и передачей температурных различий в 0,5 - 1 °С. Поскольку тепловые контрасты на земной поверхности подвержены значит. изменениям - от сезона к сезону и в течение суток, в зависимости от экспозиции по отношению к солнцу и различий в тепловой инерции тел, работы искусств. источников тепла, а также от метеорологич. обстановки (особенно облачности),- для выявления свойств изучаемых объектов в ряде случаев целесообразна неоднократная (в т. ч. за пределами светового дня) инфратепловая Ф. а. одного и того же участка местности. Таким образом, высокая изменчивость регистрируемых величин, предопределяя значительные трудности при выборе параметров съёмки, вместе с тем даёт дополнительные возможности для воспроизведения объектов на аэроснимках. Данный вид съёмки эффективен при создании карт вулканич. деятельности (зон температурных аномалий, выходов лавы, нагретых газов и вод) и мерзлотных явлений, выделении увлажнённых грунтов, исследованиях температурного режима и загрязнённости водоёмов и характера мор. льдов, обнаружении водотоков, закрытых растительностью, оконтуривании мест возгорания под землёй и на поверхности (в отвалах, лесных массивах и др.), проверке энергосистем и дренажных сооружений, а также при периодич. контроле состояния посевов.

Радиолокационная (радарная) аэросъёмка относится к числу активных Ф. а. и предназначена для регистрации отражённых наземными объектами электромагнитных волн радиодиапазона (от неск. мм до неск. м), источником излучения и приёмником к-рых служит установленная на носителе радиолокац. система. В картографии наибольшее применение находит радиолокационная станция бокового обзора, работающая в интервале волн 1-З см. Сканирование ведётся с помощью особого антенного устройства и обеспечивает получение изображения местности в виде двух широких полос, параллельных линии полёта. Преобладающие масштабы радиолокац. аэроснимков (см. вклейку к ст. Аэроснимок) 1:60 000- 1 : 400 000. Наибольшее разрешение деталей на местности 3-5 м. Характер воспроизведения на этих аэроснимках наземных объектов определяется и различной интенсивностью отражения ими радиоволн, к-рая в свою очередь зависит от свойств и формы объектов, крутизны и направления склонов рельефа. Изменяя, с учётом этих особенностей, осн. параметры станций (длину волн, частоту и форму импульсов), добиваются требующегося разделения на аэроснимках изображений изучаемых объектов. Радиолокац. Ф. а. может выполняться вне зависимости от времени суток и состояния атмосферы, т. е. является всепогодной. Благодаря способности радиоволн проникать на десятки см в земную поверхность осн. сфера её применения - геологич. разведка и изучение льдов. Особенно существенно, что при этой аэросъёмке, по сравнению с обычной фотографической, обеспечивается значительно лучшая дешифрируемость разрывных тектонич. нарушений, характера горных пород под растительностью, снегом и поверхностными наносами, механич. состава (в особенности размеров частиц) последних и наличия примесей металлов, структуры ледовых образований, трещин и русел талых вод в толще льда. На радиолокац. аэроснимках чётче воспроизводятся наземные объекты, приуроченные к глубоко затенённым участкам. Поскольку по этим снимкам может быть построена стереоскопич. модель местности (с точностью определения высот до 15 м), они используются при изучении нек-рых труднодоступных р-нов (полярные пустыни, экваториальные джунгли с постоянной облачностью и др.) для создания топографических карт обзорного характера.

Лит.: Смирнов Л. Е., Аэрокосмические методы географических исследований, Л., 1975; Xарин Н. Г., Дистанционные методы изучения растительности, М., 1975; Богомолов Л. А., Дешифрирование аэроснимков, М., 1976; Применение новых видов аэросъемок при геологических исследованиях, Л., 1976; Многозональная аэрокосмическая съемка и ее использование при изучении природных ресурсов, М., 1976; Remote sensing. Techniques for environmental analysis, Santa Barbara, 1974; Manual of Remote sensing, t. 1 - 2, Waschington, 1975. См. также лит. к статье Космическая съёмки.

Л. М. Гольдман.

ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, метод изучения строения вещества, основанный на измерении энер-гетич. спектров электронов, вылетающих при фотоэлектронной эмиссии. Согласно закону Эйнштейна, сумма энергии связи вылетающего электрона (работы выхода) и его кинетич. энергии равна энергии падающего фотона hv (h - Планка постоянная, v - частота падающего излучения). По спектру электронов можно определить энергии связи электронов и их уровни энергии в исследуемом веществе.

В Ф. с. применяются монохроматич. рентгеновское или ультрафиолетовое излучения с энергией фотонов от десятков тысяч до десятков эв (что соответствует длинам волн излучения от десятых долей А до сотен А). Спектр фотоэлектронов исследуют при помощи электронных спектрометров высокого разрешения (достигнуто разрешение до десятых долей эв в рентгеновской области и до сотых долей эв в ультрафиолетовой области).

Метод Ф. с. применим к веществу в газообразном, жидком и твёрдом состояниях и позволяет исследовать как внеш., так и внутр. электронные оболочки атомов и молекул, уровни энергии электронов в твёрдом теле (в частности, распределение электронов в зоне проводимости). Для молекул энергии связи электронов во внутр. оболочках образующих их атомов зависят от типа химич. связи (химич. сдвиги), поэтому Ф. с. успешно применяется в аналитич. химии для определения состава вещества и в физич. химии для исследования химич. связи. В химии метод Ф. с. известен под назв. ЭСХА - электронная спектроскопия для химич. анализа (ESCA - electronic spectroscopy for chemical analysis).

Лит.: Вилесов Ф. И., Курбатов Б. Л., Теренин А. Н., "Докл. АН СССР", 1961, т. 138, с. 1329-32; Электронная спектроскопия, пер. с англ., М., 1971. М. Л. Ельяшевич.

ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ, внешний фотоэффект, испускание электронов твёрдыми телами и жидкостями под действием электромагнитного излучения (фотонов) в вакуум или др. среды. Практич. значение в большинстве случаев имеет Ф. э. из твёрдых тел (металлов, полупроводников, диэлектриков) в вакуум. Осн. закономерности Ф. э. состоят в следующем: 1) кол-во испускаемых электронов пропорционально интенсивности излучения; 2) для каждого вещества при определ. состоянии его поверхности и темп-ре Т->0 К существует порог - миним. частота w0 (или макс. длина волны Чо) излучения, за к-рой Ф. э. не возникает; 3)макс. кинетич. энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой излучения и не зависит от его интенсивности.

Ф. э.- результат 3 последовательных процессов: поглощения фотона и появления электрона с высокой (по сравнению со средней) энергией; движения этого электрона к поверхности, при к-ром часть энергии может рассеяться; выхода электрона в др. среду через поверхность раздела. Количеств. характеристикой Ф. э. является квантовый выход Y - число вылетевших электронов, приходящееся на 1 фотон излучения, падающего на поверхность тела. Величина У зависит от свойств тела, состояния его поверхности и энергии фотонов.

Ф. э. из металлов возникает, если энергия фотона hw (h - Планка постоянная, w -частота излучения) превышает работу выхода металла eф. Последняя для чистых поверхностей металлов > 2 эв (а для большинства из них > 3 эв), поэтому Ф. э. из металлов (если работа выхода не снижена спец. покрытием поверхности) может наблюдаться в видимой и ультрафиолетовой (для щелочных металлов и бария) или только в ультрафиолетовой (для всех др. металлов) областях спектра. Вблизи порога Ф. э. для большинства металлов У~ 10-4 электрон/фотон. Малая величина У обусловлена тем, что поверхности металлов сильно отражают видимое и ближнее ультрафиолетовое излучение (коэфф. отражения R>90% ), так что в металл проникает лишь малая доля падающего на него излучения. Кроме того, фотоэлектроны при движении к поверхности сильно взаимодействуют с электронами проводимости, к-рых в металле много (~1022 см-3), и быстро рассеивают энергию, полученную от излучения. Энергию, достаточную для совершения работы выхода, сохраняют только те фотоэлектроны, к-рые образовались вблизи поверхности на глубине, не превышающей неск. нм (рис., а). Менее "энергичные" фотоэлектроны могут пройти без потерь энергии в десятки раз больший путь в металле, но их энергия недостаточна для преодоления поверхностного потенциального барьера и выхода в вакуум.

С увеличением энергии hw фотонов У металлов возрастает сначала медленно. При hw = 12 эв У чистых металлич. плёнок (полученных испарением металла в высоком вакууме) составляет для А1 0,04, для Bi - 0,015 электрон/фотон.

При hw> 15 эв R резко падает (до 5% ), а У увеличивается и у нек-рых металлов (Pt, W, Sn, Та, In, Be, Bi) достигает 0,1 - 0,2 электрон/фотон. Случайные загрязнения могут сильно снизить ф, вследствие чего порог Ф. э. сдвигается в сторону более длинных волн, и Y в этой области может сильно возрасти. Резкого увеличения У и сдвига порога Ф. э. металлов в видимую область спектра достигают, покрывая чистую поверхность металла моноатомным слоем электроположит. (см. Ионизация) атомов или молекул (Cs, Rb, Cs2O), образующих на поверхности дипольный электрич. слой. Напр., слой Cs снижает ф и соответственно сдвигает порог Ф. э.: для W-от5,05до 1,7 эв, для Ag - от 4,62 до 1,65 эв, для Си - от 4,52 до 1,55 эв, для Ni - от 4,74 до 1,42эв.

Ф. э. из полупроводников и диэлектриков. В полупроводниках и диэлектриках сильное поглощение электромагнитного излучения начинается от энергий фотонов hw, равных

срооство к электрону, т. е. высота потенциального барьера для электронов проводимости (рис., б). В несильно легированных полупроводниках электронов проводимости мало, поэтому здесь, в отличие от металлов, рассеяние энергии фотоэлектронов на электронах проводимости роли не играет. В этих материалах фотоэлектрон теряет энергию при взаимодействии с электронами валентной зоны (ударная ионизация) или с тепловыми колебаниями кристаллической решётки (рождение фононов). Скорость рассеяния энергии и глубина, из к-рой фотоэлектроны могут выйти в вакуум,

дает электронно-дырочную пару. Длина пробега на рассеяние энергии в таком акте (1-2нм) во много раз меньше глубины проникновения излучения в кристалл (0,1-1 мкм). Т. о., в этом случае подавляющая часть фотоэлектронов по пути к поверхности теряет энергию и не выходит в вакуум. Такая картина имеет

и даже на относительно большом расстоянии от порога (при hw = hw +1 эв) всё ещё не превышает 10-4 электрон/фо-

оптич. фонона (10-2 эв), то фотоэлектроны теряют энергию при рождении оптич. фононов. При таком механизме потерь энергия фотоэлектронов рассеивается в полупроводниках на длине пробега всего 10-30 нм. Поэтому, если снизить x полупроводника, напр. от 4 до 1 эв, Ф. э. вблизи порога остаётся малой. В кристаллах щёлочно-галоидных соединений длина пробега больше 50-100 нм, еф невелико, поэтому У таких кристаллов резко возрастает от самого порога Ф. э. и достигает высоких значений. Так,

Y= 0,1 электрон/фотон и практически не изменяется при увеличении hw.

Применение. Из-за больших de порог Ф. э. для щёлочно-галоидных кристаллов лежит в ультрафиолетовой области спектра, для к-рой они (в виде тонкой плёнки на проводящей подложке) являются хорошими фотокатодами. Для большинства технич. применений важны также материалы, обладающие высоким У для видимого и ближнего инфракрасного

распространены (и технически хорошо освоены) в качестве фотокатодов полупроводниковые материалы на основе элементов I и V групп периодич. системы элементов, часто в сочетании с кислородом

стигает величины ~0,1 электрон/фотон.

Усовершенствование техники очистки поверхностей полупроводников в сверхвысоком вакууме позволило резко снизить еф полупроводников типа A1II Bv и Si р-типа до величины  с одновременным созданием в тонком приповерхностном

слое полупроводника сильного внутр. электрич. поля, ускоряющего фотоэлектроны. При этом работа выхода  а высота поверхностного потенциального барьера x. ниже уровня дна зоны проводимости в объёме кристалла. В результате обеспечивается выход в вакуум значит. числа термализованных (имеющих тепловые энергии) электронов из большой глубины порядка диффузионной длины неосновных носителей заряда (~ 10-4 см). Фотокатоды такого типа наз. фотокатодами с отрицательным электронным сродством (рис., в). Они обладают самым высоким квантовым выходом в ближней инфракрасной области спектра, достигающим 0,09 электрон/ фотон при X = 1,06 мкм.

Ф. э. широко используется для исследования энергетич. структуры веществ, для химич. анализа {фотоэлектронная спектроскопия), в измерит. аппаратуре, в звуковоспроизводящей киноаппаратуре и в приборах автоматики {фотоэлементы, фотоэлектронные умножители), в передающих телевизионных трубках (супериконоскоп, суперортикон), в инфракрасной технике (электроннооптический преобразователь) и в др. приборах, предназначенных для регистрации излучений рентгеновского, ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного диапазонов длин волн.

Лит.: Соболева Н. А., Фотоэлектронные приборы, М., 1965; Сомме р А., Фотоэмиссионные материалы, пер. с англ., М., 1973; Соболева Н. А., Новый класс электронных эмиттеров, "Успехи физических наук", 1973, т. 111, в. 2, с. 331 - 53; Heнакаливаемые катоды, М., 1974.

Т. М. Лифшиц.