Mathematical Model of Radiation Conductivity and Electron Emission in Wide-Gap Dielectrics

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A complete mathematical model of the generation of radiation and electromagnetic effects inside crystalline dielectrics and at their surface has been constructed. The case of exposure to powerful flows of soft X-ray radiation is considered. The mathematical model is based on the photon and electron transport equations, kinetic equations for photoelectrons and semi-classical kinetic equations for secondary charge carriers. The system of equations is closed by self-consistent Maxwell equations. The transport equations consider in detail the processes of the electron-photon cascade. For secondary charge carriers, conduction electrons and valence band holes, the processes of scattering by phonons are taken into account. A comparison of the results obtained using simpler models with the results of applying the full mathematical model is provided.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Berezin

Keldysh Institute of Applied Mathematics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: liu_roach@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 125047

V. M. Kanevsky

Kurchatov Institute

Email: liu_roach@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 123182

I. A. Tarakanov

Keldysh Institute of Applied Mathematics of the Russian Academy of Sciences; Kurchatov Institute

Email: liu_roach@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 125047; Moscow, 123182

References

  1. Hughes R.C. // Phys. Rev. Lett. 1973. V. 30. № 26. P. 1333.
  2. Hughes R.C. //Phys. Rev. B. 1979. V. 19. № 10. P. 5318.
  3. Зайцев В.И., Барыков И.А., Карташов А.В., Терентьев О.В., Родионов Н.Б. // Письма в ЖТФ/2016. Том 42, Вып. 22. С. 72. https://doi.org./10.21883/pjtf.2016.22.43941.16377
  4. Барыков И.А., Вичев И.Ю., Волков Ю.А., Зайцев В.И., Заложный Н.В., Каневский В.М., Тараканов И.А., Федоров В.А. Математическая модель радиационно-индуцированной проводимости в кварце при воздействии мощного рентгеновского излучения. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2021. № 18. 26 с. https://doi.org./10.20948/prepr-2021-18
  5. Каневский В.М., Тараканов И.А., Федоров В.А. Математическое моделирование радиационной проводимости в сапфире с учетом электрон-фононного взаимодействия. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2022. № 15. С. 1–20. https://doi.org./10.20948/prepr-2022-15
  6. Барыков И.А., Вичев И.Ю., Зайцев В.И., Каневский В.М., Тараканов И.А., Федоров В.А. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2022. № 9. С. 27. https://doi.org./10.31857/S1028096022090023
  7. Жуковский М.Е., Усков Р.В. Математическое моделирование, T. 23. № 7. 2011. C. 20.
  8. Жуковский М.Е., Подоляко С.В., Усков Р.В. //Вычислительные методы и программирование, Т. 12. № 1. 2011. С.152.
  9. Кольчужкин А.М., Учайкин В.В. Введение в теорию прохождения частиц через вещество. М.: Атомиздат, 1978. 256 с.
  10. Жуковский М.Е., Усков Р.В. //Математическое моделирование. Т. 27. № 5. 2015. С. 39.
  11. Официальный сайт Национального института стандартов и технологий США. www.nist.gov.com.
  12. Каргин Б.А., Михайлов Г.А. Интегральное уравнение переноса. Метод и алгоритмы Монте-Карло для задач переноса излучения. // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. / под ред. Ю.П. Попова. 2008. Том VII-1. Математическое моделирование в низкотемпературной плазме, М.: Янус-К, С. 540.
  13. Михайлов Г.А. Весовые методы Монте-Карло. /отв. ред. Б.А. Каргин. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. 248 с.
  14. Чумаков А.И. Действие космической радиации на ИС.М.: Радио и связь. 2004. 320 c.
  15. Березин А.В., Волков Ю.А., Марков М.Б., Тараканов И.А. //Матем. моделирование, 2016. Т. 28. № 6. С.18.
  16. Березин А.В., Воронцов А.В., Марков М.Б., Плющенков Б.Д. // Математическое моделирование. 2006.Т. 18. №4. С. 43.
  17. Березин А. В., Воронцов А. С., Марков М. Б. //Математическое моделирование, 2011. Т. 23. № 12. С. 132.
  18. Whittaker E.T., Watson G.N. A Course of Modern Analysis. Cambridge University Press, 1996.
  19. Shilov G.E. Generalized Functions and Partial Differential Equations. New–York: Gordon and Breech Science Publishers Inc., 1968.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Physical scheme of the numerical experiment.

Download (472KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Comparison of depth dependences of absorbed dose in sapphire and quartz.

Download (98KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Photoelectron spectrum.

Download (60KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of electric field strength on time under the surface and near the dielectric surface. Blue colour indicates the first calculation, red colour indicates the second calculation, black colour indicates the third calculation.

Download (172KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the electric field strength on the depth at the moment of time that corresponds to the maximum of the X-ray pulse. Blue colour indicates the first calculation, red colour indicates the second calculation, black colour indicates the third calculation.

Download (95KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences