Журнал «Светотехника» №5

Дата публикации 25/10/2018
Страница 44-50

PDF

Применение фотометрической теории светового поля в задачах рассеяния электронов. Журнал «Светотехника» №5 (2018).

Авторы статьи:

Афанасьев Виктор Петрович, Будак Владимир Павлович, Ефременко Дмитрий Сергеевич, Капля Павел Сергеевич

Афанасьев Виктор Петрович, доктор физ.-мат. наук, доцент. Окончил в 1970 г. МЭИ. Профессор кафедры «Общая физика и ядерный синтез» НИУ «МЭИ». Член трёх диссертационных советов. Эксперт РАН и ФАНО

Будак Владимир Павлович, доктор техн. наук, профессор. Окончил в 1981 г. МЭИ. Главный редактор журнала «Светотехника / Light & Engineering» и профессор кафедры светотехники НИУ «МЭИ». Член-корреспондент Академии электротехнических наук РФ

Ефременко Дмитрий Сергеевич, доктор техн. наук (2017 г., НИУ «МЭИ»). Окончил в 2009 г. МЭИ. Научный сотрудник Института дистанционного зондирования (IMF) Немецкого центра авиации и космонавтики (DLR) (с 2011 г.), приватдоцент Мюнхенского технического университета (с 2020 г.). В 2017 г. получил премию «Elsevier/JQSRT Goody Award». Имеет свыше 70 научных работ. Область научных интересов: перенос излучения, численные методы и машинное обучение

Капля Павел Сергеевич, кандидат физ.- мат. наук (2016 г.). Окончил в 2012 г. НИУ «МЭИ». Сотрудник компании «Яндекс»

Аннотация

Физическая модель светового поля эквивалентна теории распространения пучков элементарных частиц в приближении классической механики. Все уравнения, описывающие распределение яркости светового поля, идентичны уравнениям для плотности пучка частиц с точностью до используемой терминологии. С конца 19 века обе теории развиваются параллельно друг другу, взаимно обогащаясь: прорыв в одной теории приводит к прогрессу в другой. На сегодня особенно важно, что точность экспериментов в физике частиц близка к предельной, что позволяет проверять многие соотношения теории светового поля в мутной среде, где пока подобная точность недостижима. На основе световых аналогий в статье рассмотрен алгоритм расчёта потока электронов, упруго рассеиваемого плоскопараллельными твердотельными слоями с резко анизотропным законом акта элементарного рассеяния. Проведено сравнение результатов расчётов с экспериментальными данными по угловым распределениям электронов, упруго отражённых от двуслойных твердотельных мишеней.

Список использованной литературы

1. Векленко Б.А. Природа фотона и квантовая оптика // Светотехника.– 2018.– № 1. – С. 7–14.
2. Beer A. Bestimmung der Absorption des rothen Lichts in farbigen Flüssigkeiten // Annal. Phys. Chem.– 1852. – Vol. 86. – P. 78–88.
3. Dashen R.F. Theory of electron backscattering // Phys. Rev.– 1964. – Vol. 134. – P. 1025–1032.
4. Afanas’ev V.P., Naujoks D. Backscattering of fast electrons // Phys. Stat. Sol.– 1990. – Vol. 164. – P. 133–140.
5. Borodyansky S. Effects of elastic scattering on energy spectra of emitted and backscattered electrons // Surf. Interface. Anal.– 1993. – Vol. 84. – P. 811–814.
6. Hofmann S. Auger- and X-Ray Photoelectron Spectroscopy in Materials Science. –Berlin/Heidelberg: Springer, 2013.
7. Powell C.J., Jablonski A. Progress in quantitative surface analysis by X-ray photoelectron spectroscopy: Current status and perspectives // J. of Electron Spectros. Relat. Phenom.– 2010. – Vol. 178–179. – P. 331–346.
8. Капля П.С. Создание высокоточных методов анализа твёрдых тел на основе расшифровки данных электронной спектроскопии методами инвариантного погружения / Дис. … к-та физ.-мат. наук, 2016. DOI: 10.13140/RG.2.1.3428.8246.
9. Бронштейн И.М., Васильев А.А., Пронин В.П., Хинич И.И. Упругое отражение электронов средних энергий от неупорядоченных металлических поверхностей // Известия АН СССР, Сер. физическая.– 1985. – Т. 49.– № 9. – С. 1755–1759.
10. Бронштейн И.М., Пронин В.П. Упругое рассеяние электронов средних энергий металлическими плёнками // Физика твёрдого тела.– 1975. – Т. 17. – С. 2431–2433.
11. Gergely G. Elastic backscattering of electrons: determination of physical parameters of electron transport processes by elastic peak electron spectroscopy // Prog. Surf. Sci.– 2002. – Vol. 71. – P. 31–88.
12. Doicu A., Trautmann T. Discrete-ordinate method with matrix exponential for a pseudo-spherical atmosphere: Scalar case // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer.– 2009. Vol. 110. – P. 146–158.
13. Spurr R.J.D., Kurosu T.P., Chance K.V. A linearized discrete ordinate radiative transfer model for atmospheric remote-sensing retrieval // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer.– 2001. – Vol. 68.– № 6. – P. 689–735.
14. Stamnes K., Tsay S., C., Wiscombe W., Jayaweera K. Numerically stable algorithm for discrete-ordinate-method radiative transfer in multiple scattering and emitting layered media // Appl. Opt.– 1988. – Vol.27. – P. 2502–2509.
15. Budak V.P., Korkin S.V. Complete matrix solution of radiative transfer equation for pile of horizontally homogeneous slabs // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer.– 2011. – Vol. 112. – P. 1141–1148.
16. Афанасьев В.П., Будак В.П., Ефременко Д.С., Лубенченко А.В. Угловые распределения электронов и лёгких ионов, упруго отражённых от поверхности твёрдого тела // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.– 2010.– № 6. – С. 34–39.
17. Амбарцумян В.А. Новый способ расчёта рассеяния света в мутной среде // Изв. АН Арм. ССР. Сер. геогр. и геофиз.– 1942. – Вып. 3. – С. 97–106.
18. Амбарцумян В.А. К задаче о диффузном отражении света // Журнал экспериментальной и теоретической физики.– 1943. – Т. 13, вып. 9–10. – С. 323–334.
19. Chandrasekhar S. Radiative transfer. – London: Oxford University Press, 1950.
20. Соболев В.В. Рассеяние света в атмосферах планет. – М.: Наука, 1972.
21. Goudsmit S., Saunderson J.L. Multiple scattering of electrons // Phys. Rev.– 1940. – Vol. 57. – P. 24–29.
22. Goudsmit S., Saunderson J.L. Multiple scattering of electrons. II // Phys. Rev.– 1940. – Vol. 58. –P.36–42.
23. Scott W. Theory of Small-Angle Multiple Scattering of Fast Charged Particles // Rev. of Modern Phys.– 1963. – Vol. 35. – P. 231–313.
24. Афанасьев В.П. Элементарные процессы и кинетика высокотемпературной неравновесной плазмы. – М.: Изд. МЭИ, 1988.
25. Амбарцумян В.А. К вопросу о диффузном отражении света мутной средой // Доклады Академии наук СССР.– 1943. – Т. 38.– № 8. – С. 257–261.
26. Afanas’ev V.P., Golovina O. Yu., Gryazev A.S., Efremenko D.S., Kaplya P.S. Photoelectron spectra of finite-thickness layers // Journal of Vacuum Science & Technology B.– 2015. – Vol. 33. – P. 03D101.
27. Afanas’ev V.P., Gryazev A.S., Efremenko D.S., Kaplya P.S. Differential inverse inelastic mean free path and differential surface excitation probability retrieval from electron energy loss spectra // Vacuum.– 2017. – Vol. 136. – P. 146–155.
28. Werner W.S.M. Differential probability for surface adn volume electronic excitations in Fe, Pd and Pt // Surface Science. – 2005. – Vol. 588. – P. 26–40.
29. Werner W.S.M. Analysis of reflection electron energy loss spectra (REELS) for determination of the dielectric function of solids: Fe, Co, Ni // Surface Science. – 2007. – Vol. 601, No. 10. – P. 2125–2138.
30. Bellman R, Kalaba R, Wing G. Invariant imbedding and mathematical physics. I. Particle processes // J. Math. Phys.– 1960. – Vol. 1. – P. 280–308.
31. Flatau PJ, Stephens GL. On the fundamental solution of the radiative transfer equation // J. Geophys. Res.– 1988. –Vol. 93(D9). – P. 11037–11050.
32. Waterman P.C. Matrix-exponential description of radiative transfer // J. Opt. Soc. Am. –1981. –Vol. 71(4). – P. 410–422.
33. Efremenko D.S., Molina Garcia V., Gimeno Garsia S., Doicu A. A review of the matrix-exponential formalism in radiative transfer // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer.– 2017. – Vol. 196. – P. 17–45.
34. Pienado J., Ibañez J., Hernández V., Arias E. A family of BDF algorithms for solving Differential Matrix Riccati Equations using adaptive techniques // Procedia Computer Science. – 2010. – Vol. 1. – P. 2569–2577.
35. Afanas’ev V.P., Efremenko D.S., Kaplya P.S. Analytical and numerical methods for computing electron partial intensities in the case of multilayer systems // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena.– 2016. – Vol. 210. – P. 16–29.
36. Афанасьев В.П., Капля П.С., Лисицына Е.Ю. Малоугловое приближение и модель Осьвальда-Каспера-Гауклера в задачах отражения электронов от твёрдых тел // Поверхность. Рентгеновские синхротронные и нейтронные исследования.– 2016.– № 3. – С. 66–71.
37. Jablonski A., Hansen H.S., Jansson C., Tougaard S. Elastic electron backscattering from surfaces with overlayers // Phys. Rev.B.– 1992. – Vol. 45. – P. 3694–3702.
38. Jablonski A. Elastic electron backscattering from gold // Phys. Rev.B.– 1991. – Vol. 43. – P. 7546–7554.
39. Jablonski A., Jansson C., Tougaard S. Elastic electron backscattering from surfaces: Prediction of maximum intensity // Phys. Rev. B.– 1993. – Vol. 47. – P. 7420–7430.
40. Zommer L., Lesiak B., Jablonski A. Energy dependence of elastic electron backscattering from solids // Phys. Rev.B.– 1993. – Vol. 47. – P. 13759–13762.
41. Kuzovlev A.I., Kurnaev V.A., Remizovich V.S., Trifonov N.N. Refraction of the beam of charged particles during inclined transmission through a thin target // Nucl. Instrum. and Methods. Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms.– 1998. – Vol. 135. – P. 477–481.
42. Бронштейн И.М., Пронин В.П. Упругое отражение электронов средних энергий при напылении Вe на Аu // XXVIII Герценовские чтения. Физическая и полупроводниковая электроника. – Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена, 1975. – С. 18–20.
43. Afanas’ev V.P., Gryazev A.S., Kaplya P.S., Köppen M., Ridzel O.Y., Subbotin N.Y., Hansen P. Investigation of Deuterium Implantation into Beryllium Sample by Electron Energy Loss Spectroscopy // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series.– 2017. – Vol. 891. – P. 012303(1–6).
44. Афанасьев В.П., Капля П.С. Функция пропускания. Эффект «поворота тела яркости» // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.– 2017.– № 12. – C. 66–75.

Ключевые слова

Рекомендуемые статьи

Электротехника России: диалог главных редакторов журналов «Светотехника» и «Электричество» «Светотехника», 2023, №2

Модели зрительного дискомфорта от блёсткого источника. Журнал «Светотехника» №3 (2016)

Решение уравнения переноса излучения для вертикально неоднородных сред методами численного интегрирования: сравнительный анализ «Светотехника», 2022, № 4

Смотреть все статьи