氣體電子倍增器(GEM) 是近年來發(fā)展起來的一種新型氣體探測器。本文首先介紹了GEM 的結(jié)構(gòu)和模擬的原理,然后基于有限元的方法建立GEM 三維模型, 并計(jì)算電場分布, 將所得的GEM 結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入GARFIELD 軟件, 實(shí)現(xiàn)GEM 透過率和增益的計(jì)算。并進(jìn)一步改變GEM 的各項(xiàng)參數(shù), 如結(jié)構(gòu)、電場和所充氣體氣壓、配比等研究對GEM 透過率和增益的影響, 分析了參數(shù)變化對GEM 性能的影響, 從而為GEM 的參數(shù)優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。

　　近年來, 氣體電子倍增器( Gas Electron Multiplier,GEM) 作為一種新型的氣體探測器以其高增益、高計(jì)數(shù)率、高空間分辨率、良好成像特性等優(yōu)勢在粒子物理和輻射成像等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。基于GEM 的不同應(yīng)用, 做了許多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和測試去研究GEM 探測器的特性。但由于GEM的實(shí)驗(yàn)測試手段的限制使得實(shí)驗(yàn)研究存在一定的局限性, 而計(jì)算機(jī)模擬可節(jié)省大量的時間和經(jīng)費(fèi), 為實(shí)驗(yàn)提供理論依據(jù), 并進(jìn)一步促進(jìn)GEM 性能的改善,因此從GEM 探測器發(fā)明之初, GEM 探測器的研究與優(yōu)化就與計(jì)算機(jī)模擬息息相關(guān)。

　　本文基于有限元方法對GEM 三維模型進(jìn)行模擬和計(jì)算, 并將所建立的模型導(dǎo)入GARFIELD 軟件。通過模擬幾何結(jié)構(gòu)、場強(qiáng)、工作氣體等參數(shù)變化下GEM 探測器的收集效率、抽取效率、透過率和增益( 實(shí)際增益和有效增益) 的變化, 分析GEM 探測器透過率和增益的影響因素, 從而為GEM 的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

　　本文用有限元方法和GARFIELD 軟件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了GEM 探測器通過率和增益的模擬。分別探究了從GEM 探測器的幾何特性、GEM 電壓、感應(yīng)場強(qiáng)度、GEM 探測器中混合氣體比例、氣壓等方面對GEM 探測器透過率和增益的影響, 并得到了相應(yīng)的模擬結(jié)果, 可以看出可以通過對GEM 的結(jié)構(gòu)、電場和工作氣體的優(yōu)化對GEM 的性能進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)然上述模擬主要針對單層GEM 進(jìn)行, 在后續(xù)工作中會考慮多層GEM 和THGEM 的模擬, 從而對GEM 的特性有更清楚的把握。