气体电子倍增器透过率和增益特性的研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东南大学电子科学与工程学院 作者:马善乐

  气体电子倍增器( GEM) 是近年来发展起来的一种新型气体探测器。本文首先介绍了GEM 的结构和模拟的原理,然后基于有限元的方法建立GEM 三维模型, 并计算电场分布, 将所得的GEM 结构模型导入GARFIELD 软件, 实现GEM 透过率和增益的计算。并进一步改变GEM 的各项参数, 如结构、电场和所充气体气压、配比等研究对GEM 透过率和增益的影响, 分析了参数变化对GEM 性能的影响, 从而为GEM 的参数优化提供理论指导。

  近年来, 气体电子倍增器( Gas Electron Multiplier,GEM) 作为一种新型的气体探测器以其高增益、高计数率、高空间分辨率、良好成像特性等优势在粒子物理和辐射成像等领域展现出广阔的应用前景。基于GEM 的不同应用, 做了许多相关的实验和测试去研究GEM 探测器的特性。但由于GEM的实验测试手段的限制使得实验研究存在一定的局限性, 而计算机模拟可节省大量的时间和经费, 为实验提供理论依据, 并进一步促进GEM 性能的改善,因此从GEM 探测器发明之初, GEM 探测器的研究与优化就与计算机模拟息息相关。

  本文基于有限元方法对GEM 三维模型进行模拟和计算, 并将所建立的模型导入GARFIELD 软件。通过模拟几何结构、场强、工作气体等参数变化下GEM 探测器的收集效率、抽取效率、透过率和增益( 实际增益和有效增益) 的变化, 分析GEM 探测器透过率和增益的影响因素, 从而为GEM 的优化提供理论依据。

  本文用有限元方法和GARFIELD 软件相结合实现了GEM 探测器通过率和增益的模拟。分别探究了从GEM 探测器的几何特性、GEM 电压、感应场强度、GEM 探测器中混合气体比例、气压等方面对GEM 探测器透过率和增益的影响, 并得到了相应的模拟结果, 可以看出可以通过对GEM 的结构、电场和工作气体的优化对GEM 的性能进行优化。当然上述模拟主要针对单层GEM 进行, 在后续工作中会考虑多层GEM 和THGEM 的模拟, 从而对GEM 的特性有更清楚的把握。

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