氣體電子倍增器(GEM) 是近年來發展起來的一種新型氣體探測器。本文首先介紹了GEM 的結構和模擬的原理,然后基于有限元的方法建立GEM 三維模型, 并計算電場分布, 將所得的GEM 結構模型導入GARFIELD 軟件, 實現GEM 透過率和增益的計算。并進一步改變GEM 的各項參數, 如結構、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, 分析了參數變化對GEM 性能的影響, 從而為GEM 的參數優化提供理論指導。

　　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、高計數率、高空間分辨率、良好成像特性等優勢在粒子物理和輻射成像等領域展現出廣闊的應用前景。基于GEM 的不同應用, 做了許多相關的實驗和測試去研究GEM 探測器的特性。但由于GEM的實驗測試手段的限制使得實驗研究存在一定的局限性, 而計算機模擬可節省大量的時間和經費, 為實驗提供理論依據, 并進一步促進GEM 性能的改善,因此從GEM 探測器發明之初, GEM 探測器的研究與優化就與計算機模擬息息相關。

　　本文基于有限元方法對GEM 三維模型進行模擬和計算, 并將所建立的模型導入GARFIELD 軟件。通過模擬幾何結構、場強、工作氣體等參數變化下GEM 探測器的收集效率、抽取效率、透過率和增益( 實際增益和有效增益) 的變化, 分析GEM 探測器透過率和增益的影響因素, 從而為GEM 的優化提供理論依據。

　　本文用有限元方法和GARFIELD 軟件相結合實現了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、感應場強度、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, 并得到了相應的模擬結果, 可以看出可以通過對GEM 的結構、電場和工作氣體的優化對GEM 的性能進行優化。當然上述模擬主要針對單層GEM 進行, 在后續工作中會考慮多層GEM 和THGEM 的模擬, 從而對GEM 的特性有更清楚的把握。