氣體電子倍增器( GEM) 是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型氣體探測(cè)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(chǎng)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(guò)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(chǎng)和所充氣體氣壓、配比等研究對(duì)GEM 透過(guò)率和增益的影響, 分析了參數(shù)變化對(duì)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(lái), 氣體電子倍增器( Gas Electron Multiplier,GEM) 作為一種新型的氣體探測(cè)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(shì)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(cè)試去研究GEM 探測(cè)器的特性。但由于GEM的實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)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(cè)器發(fā)明之初, GEM 探測(cè)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(duì)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(guò)模擬幾何結(jié)構(gòu)、場(chǎng)強(qiáng)、工作氣體等參數(shù)變化下GEM 探測(cè)器的收集效率、抽取效率、透過(guò)率和增益( 實(shí)際增益和有效增益) 的變化, 分析GEM 探測(cè)器透過(guò)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(cè)器通過(guò)率和增益的模擬。分別探究了從GEM 探測(cè)器的幾何特性、GEM 電壓、感應(yīng)場(chǎng)強(qiáng)度、GEM 探測(cè)器中混合氣體比例、氣壓等方面對(duì)GEM 探測(cè)器透過(guò)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(guò)對(duì)GEM 的結(jié)構(gòu)、電場(chǎng)和工作氣體的優(yōu)化對(duì)GEM 的性能進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)然上述模擬主要針對(duì)單層GEM 進(jìn)行, 在后續(xù)工作中會(huì)考慮多層GEM 和THGEM 的模擬, 從而對(duì)GEM 的特性有更清楚的把握。