Докторът на физико-математическите науки професор Владимир Михайлович Фридкин е известен на читателите на списание “Наука и жизнь” като литератор, автор на увлекателни разкази, включително за А. С. Пушкин и неговото време. (Да съобщим между другото, че издателство “Физматгиз” предвижда да издаде неговата нова книга “Непридуманные рассказы о любви”).

На молбата да напише научно-популярна статия по своята основна специалност – физиката на твърдото тяло, Владимир Михайлович неизменно отговаряше с отказ. Казваше, че за физиката не иска да пише популярно.

Обаче този път той отстъпи от своите принципи. И поводът за това е следното събитие: През май 2002 г. Международният комитет по фотографска наука (International Committee for Imaging Science) награди В. Фридкин с премията Берг за “изключителен принос в развитието на необикновените (безсребърни) фотографски процеси и международното сътрудничество в тази област”. Ксерографията е фотографски процес, основан на чисто физически явления. През 1953 г. В. М. Фридкин, току-що завършил Московския университет, е създал първия ксерокс, а след това е развил теорията на ксерографията. Сега ксерокс има във всяко учреждение и без ксерографията са невъзможни факсимилните връзки и десетки други технологии. А преди петдесет години това е било чудо. И това чудо се е родило в Русия.

По повод на юбилея нашият дълбокоуважаван автор се съгласи да напише първата си научно-популярна статия.

*************************************

В тази популярна статия искам да разкажа за историята на създаването на първия ксерокс. Още повече, че то е направено в Москва и към тази история аз имам непосредствено отношение. Днес ксерографията е основа на техниката за размножаване. Без нея нямаше да има нито факсове, нито принтери за компютрите.

Но трябва да се разказва по реда на нещата. Нали в крайна сметка ксерографията е част от съвременната фотография. Нея често я наричат безсребърна или суха фотография (от гръцката дума “ксерокс” – сух**).

За година на раждането на фотографията се смята 1837 г., когато французинът Жозеф Нисефор Ниепс е получил първото изображение на пластинка, покрита със слой светлочувствителен асфалтов лак и подложена на осветяване. Методът се базира на това, че осветените и неосветените участъци на слоя по различен начин се разтварят в лавандулово масло. Година по-късно Луи Жак Манде Дагер получил фотоизображение върху слой от сребърен йодит. В слоя под действието на светлина протичала фотохимична реакция и възниквало скрито изображение, проявяващо се с живачни пари. Сега тези първи дагеротипи (отпечатъци на Дагер) може да се видят в Шалон, в музея на фотографията, недалеч от Париж. (Фотографията се е родила в годината на гибелта на Пушкин. Затова за негова фотография ние не знаем. Но дагеротипи на неговите деца са известни).

Съвременната сребърно-халогенидна фотография е създадена през 70-те години на 19-и век, когато като фотографски материал започнали да използват слоеве сребърен бромид, очувствен с молекули на оцветители. Тези молекули поглъщат светлината във видимата спектрална област, което стотици пъти увеличава светлочувствителността на фотографските слоеве. Това открива пътя към създаването на киното и приложението на фотографията в астрофизиката, ядрената физика, физиката на елементарните частици – практически във всички области на науката и техниката. И не само в науката и техниката. Без фотографията не можем да си представим нито сегашния живот, нито съвременната история на човешката цивилизация.

До средата на миналия век фотографията като наука е била част от фотохимията, тъй като и образуването на скрит образ и неговото проявяване се е базирало на фотохимични процеси. Ксерографията е нов фотографски процес, базиращ се на чисто физични явления, използващи фотопроводимостта на полупроводниците. И тук трябва да се разкаже за всичко, което е довело до създаването на първия ксерокс.

Основните събития са станали независимо едно от друго почти едновременно (през 1937 г. и 1938 г.) от двете страни на Атлантическия океан.

Първооткривателят на ксерографията Честър Карлсон (1906-1968). Снимка с автограф, подарена на В. М. Фридкин (1965 г.).

В неголяма стая на хотел “Астория” в Ню-Йорк (Лонг-Айлънд) Честър Карлсон (1906-1968), физик, работещ в патентно бюро, направил такъв опит: наелектризирал с триене пластинка от поликристална сяра и през заснета филмова лента, я осветил. Сярата е фотопроводник. При осветяването във фотопроводника възникват носители на ток – електрони или дупки. Те разреждат осветените участъци на фотопроводника, поради което след светлинна експозиция на повърхността на сярата се появява скрит образ, образуван от заредени и разредени участъци. Ако върху такава повърхност се разпръсне прах от заредени прашинки, носещи противоположен заряд, прашинките проявяват образа. За проявяването Карлсон е използвал трибоелектрическия ефект, отдавна известен във физиката. Той смесил прах от миниум и сяра (частиците на които, допирайки се една до друга, се зареждат с противоположни заряди) и го разпръснал върху плочката от сяра. Частиците на червения миниум проявили скрития образ. На повърхността на плочката се появил текст: “Астория”, 22 октомври 1938 г. Тази дата следва да се смята за рожден ден на ксерографията.

Разбира се, в основата на съвременната ксерография лежи усъвършенствувана технология. Фотопроводникът се зарежда не с триене, а с коронен разряд. Също с негова помощ, проявеният образ се пренася на хартия, а след това се фиксира. Като фотопроводници се използват по-светлочувствителни материали от сярата, например аморфна сплав от селен и телур.

Малко повече от една година преди това събитие, през юни 1937 г., в “Comptes rendus de l’Academie des Sciences à Paris” се появява съобщение от българския физик Георги Наджаков за откритите от него така наречени фотоелектрети. На заседание на Френската академия на науките работата на Наджаков докладва знаменитият френски физик Пол Ланжвен.

Българският академик Георги Наджаков (1896-1981), откривателят на фотоелектретите.

А предисторията на това откритие е следната. През септември 1925 г. в Париж пристига на специализация за една година младият български физик, асистент в Софийския университет, Георги Наджаков. Без никакви препоръки той сам отива при големия френски и световен учен Пол Ланжвен с молба да бъде приет да работи в лабораторията му по електричество във Висшето училище по индустриална физика и химия, на което той е директор. Предлага да работи по фотоелектричен ефект при твърди тела. Въпреки че в лабораторията на Ланжвен не се е работело по тази тематика, той го представя на главния си асистент Рене Люка и на извънредния професор Сафорес, които му осигуряват необходимите апаратура и материали за работа. След завръщането си от Париж в София Георги Наджаков продължава да работи по перманентната поляризация в диелектриците. В резултат на тези изследвания през 1937 г. установява неизвестно по-рано явление, заключаващо се в това, че при едновременно въздействие на електрично поле и светлина върху фотоелектрично проводими диелектрици и полупроводници възниква перманентна поляризация, която се запазва на тъмно и се разрушава при осветяване с протичане на деполяризационен ток. Веществата, при които се наблюдава това явление, нарича фотоелектрети (за разлика от перманентно поляризирани диелектрици, получени през 1920 г. от японския физик Егучи при термично и електрично въздействие, които Наджаков нарича термоелектрети).

Сега механизмът на образуване на фотоелектретите е добре изучен. Той е свързан с локализиране на носители на заряд (електрони и дупки) в дълбоки уловки, което осигурява на поляризацията “дълъг живот”. Интересно съвпадение: и Наджаков и Карлсон като материал при своите изследвания са използвали поликристална сяра.

След петнадесет години тези две открития се срещнаха и дадоха живот на първия ксерокс. И тук вече трябва да разкажа за себе си.

Физическия факултет на Московския държавен университет аз завърших през декември 1952 г., когато в страната бушуваше “делото на лекарите”. Завърших с отличие, още като студент публикувах две научни статии. На работа не ме приеха, а майка ми, лекар-хематолог, уволниха от болницата. Нямаше с какво да живеем. Баща ми, загинал във войната, беше полиграфист. Негови приятели ме устроиха в НИИ Полиграфмаш: малък институт при завода, приютил се в сгради-развалини зад Текстилния институт. Там имаше няколко конструктора, които чертаеха детайли за полиграфични машини. На физика, както се казва, и не миришеше. Директорът, приятел на баща ми, ме заведе в празна стая, в която имаше маса и два стола, и каза: “Захвани се с нещо. Може би скоро ще поолекне”. Никой още не знаеше, че ще поолекне след две години, след 20-ия партиен конгрес.

Аз не си губех времето. Ходех в Ленинската библиотека, четях списания по физика, купих някои уреди. И тогава съвсем случайно в литературата се натъкнах на статия на Наджаков и на патента на Карлсон. Хрумна ми да осъществя нов фотографски процес (нарекох го електрофотография), в който фотоелектретът да служи за фоточувствителен слой, а проявяването да става с помощта на трибоелектрическия ефект (както при Карлсон). Новият фотографски процес се замисляше още и като метод за създаване на оптична памет, понеже за разлика от процеса при Карлсон, фотоелектретът не само формира, но и запомня образа. Скритият образ може да се пази достатъчно дълго време и може да бъде проявен дълго след експозицията.

Така е изглеждал ЭФМ-1, първият ксерокс, 1953 г.

Основните стадии на електрофотографията на фотоелектрети: 1 – поляризиране при осветяване (през негатив); 2 – заземяване на електродите; 3 – проявяване; 4 – пренасяне на проявения образ от повърхността на фотоелектрета върху хартия; 5 – фиксиране; 6 – почистване на повърхността; 7 – деполяризиране чрез хомогенно осветяване.

Макет беше направен бързо. Следвайки примера на Наджаков аз използвах поликристална сяра, а след това и други фотопроводници, например цинков и кадмиев сулфид. Проявяването се правеше с асфалтов прах. На снимката читателят може да види първия образ, получен през есента на 1953 г. (за оригинал е използван диапозитив). Скоро в завода беше направен апарат, който нарекохме ЭФМ-1 (електрофотографска размножителна машина). Цифрата “1” явно означаваше, че след първия модел ще последват и други. Този “исторически” апарат е показан на фигурата, заимствана от моя книга, излязла много години по-късно (V. M. Fridkin. The Physics of the Electrophotographic Process. Focal Press, London, 1973). Работата му е пояснена от приведената по-рано схема, показана на фигурата.

Първата електрофотография, получена от В. М. Фридкин през есента на 1953 г. (снимка на оригинала). Разликата между ксерографията, принципите на която е разработил Честър Карлсон през 1938 г. и електрофотографията на фотоелектрети (към това направление се е придържал В. Фридкин) се състои в различната природа на скрития образ. В първия случай той живее части от минутата, а във втория - оптичната памет може да се запазва с години. Професор Хартмут Калман от САЩ (1896-1978) е използвал идеята за електрофотография на фотоелектрети и я е внедрил през 60-те години като средство за космическа фотография.

“Цяла Москва” тичаше да гледа електрофотографията. Показваха я в киносалоните и по телевизията. Пристигна министър и в института се състоя съвещание. Обсъждаха какво да се прави по-нататък, как да се внедрява. Във Вилнюс, под ръководството на талантливия инженер и изобретател Иван Йосифович Жилевич, организираха научен център и го нарекоха “Институт по електрофотография” (дотогава групата на И. И. Жилевич във Вилнюс се смяташе за филиал на нашата лаборатория). В Кишинев намериха завод, на който наредиха да произвежда ЭФМ (през 1954 г. думата “ксерокс” още не беше влязла в употреба, а самият ксерокс се появи на западния пазар в края на 50-те години).

Много години по-късно разбрах, че в САЩ, в компанията “Халоид” (по-късно преименувана на “Ксерокс”), по това време са започнали да се появяват първите модели на ксерокс машини. Но, както вече казах, тяхната работа се основава на друг принцип.

Директорът на моя институт се къпеше в лъчи от слава: “Ето, виждаш ли, казваше той, аз ти предсказвах …”

Академик Алексей Василевич Шубников (1887-1970) – известен руски кристалограф, основател на Института по кристалография на АН в Русия, учител и наставник на В. М. Фридкин.

През 1955 г. академик Алексей Василевич Шубников, директор на Института по кристалография (където аз работя и сега), ме покани за аспирант. Заинтересува го темата за фотоелектретите. Под непосредственото ръководство на професор И. С. Желудев направих дисертация на тема “Фотоелектрети и електрофотографски процес”. Измени се не само времето, но и мястото на моята работа: академичен институт, богата лаборатория и библиотека, условия за творческа работа. Веднъж Алексей Василевич ми предложи да разкажа за моята работа на семинара на П. Л. Капица – в “капишника”, и Петър Леонидович много топло се отзова за работата, като й предсказа голямо бъдеще.

Честър Карлсон и В. М. Фридкин (вдясно) в Института по кристалография на РАН (АН на Русия) (1965 г.) (една от първите електрофотографии, заснети от натура).

В лабораторията на НИИПолиграфмаш. Отдясно наляво: И. С. Желудев, Георги Наджаков, Х. Билялетдинов, Т. Герасимова, В. М. Фридкин, А. А. Делова, Никифор Кашукеев (сътрудник на Наджаков ) (1956 г.).

Работейки в Академията на науките, аз бях свързан и с външния свят. Оказа се, че Георги Наджаков, първооткривателят на фотоелектретите, е станал зам.-председател на Българската академия на науките, и с него започнахме тясно сътрудничество. През юни 1965 г. нашата лаборатория в Института по кристалография посети Честър Карлсон. Основателят на ксерографията се заинтересува от моите статии. Заедно ни фотографираха с помощта на електрофотоапарат на фотоелектрет. В края на 50-те години професора от Колумбийския университет Хартмут Калман със сътрудници повтори моите експерименти по електрофотография на фотоелектрети и й намери интересно приложение в космическите изследвания. За това той разказа на колоквиум в Мюнхен, където се срещнахме през 1981 г. За тези работи американското фотографско дружество ме награди с медала Козар, а немското и японското ме избраха за почетен член. Гостувах с доклад и в Института “Мария и Пиер Кюри” в Париж, където някога е работил и Наджаков, когато е започнал работите си по изучаване на фотоелектричния ефект при твърди тела (перманентната поляризация в диелектриците) в лабораторията на Пол Ланжвен.

През 1985 г. В. М. Фридкин прочете доклад в Института ”Мария и Пиер Кюри” в Париж за “безсребърната” фотография. Става дума за това, че образ може да се получи с използване на полупроводници. (На снимката отляво надясно: руският учен А. Шленский – руски учен, професор Жак Левинер – директор на института, В. М. Фридкин.) На сградата – паметна плоча в чест на съпрузите Кюри, открили тук през 1898 г. радиоактивността на радия.

Колоквиум по електрофотография в Мюнхен (1981 г.). Вляво – В. М. Фридкин – създател на първия ксерокс на фотоелектрети. Вдясно – професор Х. Калман, благодарение на чиито работи ксерографията на фотоелектрети намери приложение в космоса.

През всичките тези години аз не прекъснах връзките си с НИИПолиграфмаш и пренесох своя апарат на новото работно място, въпреки че в началото на 60-те години започнах да се занимавам с друга тематика и ЭФМ напъхахме в отдалечен ъгъл на стаята. По това време ксероксите у нас бяха рядкост. Те се купуваха със западна валута и ги имаше само във важни учреждения. Поставяни бяха в специално охранявани стаи, където срещу разписка големите началници си правеха копия на документи. В нашия институт всеки сътрудник можеше да си направи копие на необходима статия или документ. Но това не продължи дълго.

Както е известно през 60-те години започна борбата със “самиздат”. Ръкописите на А. И. Солженицин и други забранени автори нощем се размножаваха на пишещи машини на тънка цигарена хартия. А при нас ксероксът стои, без да се наглежда! При мен дойдоха от дирекцията и обявиха, че машината трябва да се разглоби и унищожи. Дълго обяснявах, че моята опитна уредба е първият в света ксерокс, работещ по нов принцип. Всичко се оказа безполезно. При Алексей Василиевич не отидох. Ксероксът разглобиха и изхвърлиха на боклука. Но един детайл се запази. Плочката на фотоелектрета имаше огледална повърхност и нашите жени я приспособиха за ползване като огледало в тоалетната. Сапун и тоалетна хартия там не е имало никога, но виж огледало се появи! Така безславно завърши съдбата на първия в света ксерокс.

Международният комитет по фотографски науки награди В. Фридкин (през май 2002 г.) с премията Берг. Тя се връчва веднъж на четири години за изключителен принос в тази област.

Читателят ще запита, а какво стана със завода в Кишинев, с Института по електрофотография във Вилнюс? Къде са съветските ксерокси? Защо ние купувахме и купуваме ксерокси с валута? А да бяха само ксерокси … Нашата руска наука в много области беше и е начело на световния прогрес. Но и до днес не продаваме изделия на високите технологии и се храним от нефтената “тръба”. Защо? На този въпрос нека си отговори читателят.

Превод: Елка Наджакова

(“Наука и жизнь” № 10, 2002, 111-115)

______________________

* Проф. В. М. Фридкин е известен на физическата общественост у нас още от втората половина на 50-те години на миналия век със сътрудничеството си с Физическия институт и по-късно с ИФТТ при БАН и главно с продължаване и развиване на изследванията по фотоелектретното състояние на веществата, открито от акад. Г. Наджаков през 1937 г. и записано в регистъра за откритията в България през 1975 г. под № 1. Негови постижения са теоретични и експериментални изследвания в тази област и откриване и развитие на електрофотографията на базата на фотоелектретното състояние на веществата - Бел. прев.

** Всъщност думата, която на гръцки означава сух, твърд, здрав, безводен и т.н. се записва като cersoV и се чете “херсос” – бел. ред.

*** Този пасаж е разширен и уточнен вариант на авторския текст, осъществен от преводачката със съгласието на автора. - Бел. ред.