中文摘要：

气体电子倍增（GEM）探测器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具有广泛的应用前景。但目前GEM 探测器现有的理论研究手段由于自身物理模型的局限性，很难对GEM 探测器中电荷堆积机制对增益稳定性的影响，气体气压和种类、GEM 的孔径和形状、电场形状对电子雪崩和离子反馈率的作用及影响进行更深一步的探索。本项目针对GEM探测器，创新性的采用粒子-蒙特卡罗模型对该新型探测器件的物理机理进行探索，对相关性能进行模拟研究，解决目前现有模型无法解释的GEM探测器中深层次的雪崩机制、离子抑制机制和电荷堆积机制对GEM探测器性能的影响。建立粒子-蒙特卡罗模型模拟所得微观世界粒子的时间和空间分布关系与GEM探测器性能指标之间的联系，为GEM探测器的结构优化、工作参数的选择及实验研究的理论分析提供更深入的理论指导。

结论摘要：

气体电子倍增器（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具有广泛的应用前景。但目前GEM探测器现有的理论研究手段由于自身物理模型的局限性，很难对GEM的物理机理和性能进行更深一步的探索。本项目针对GEM探测器，创新性的采用粒子-蒙特卡罗模型对该新型探测器件的物理机理进行探索，编写完成适于GEM 探测器研究的PIC-MCC 模拟软件，研究了GEM 探测器中深层次的雪崩机制、离子抑制机制和电荷堆积机制，同时建立了粒子-蒙特卡罗模型模拟所得微观世界粒子的时间和空间分布关系与GEM 探测器性能指标之间的联系，建立了基于PIC-MCC模拟软件的理论研究平台。本项目首先从静电场角度分析了孔结构、孔间距、GEM膜厚度、GEM膜电压等各参数变化下，GEM的电场、电子透过率、位置分辨率的变化情况，然后基于PIC-MCC模型分析考虑了粒子的漂移、扩散、碰撞和倍增效应后，GEM的电子透过率、增益、位置分辨率、时间分辨率等参数随GEM的几何参数（GEM孔结构、孔径、漂移区长度、扩散区长度）、电参数（GEM电压、漂移区场强、扩散区场强）和工作气体参数（气体成分、猝灭气体比例、气体压强）的变化关系。在此基础上，将GEM的结构特性和荫罩式PDP的结构结合，创新性的提出了一种新型SMGEM探测器，该结构利用荫罩对电位的调节作用可以改变单元内的电场分布，根据需要优化探测性能。通过本项目的研究，建立完善了基于PIC-MCC 模型的GEM 探测器的理论研究平台，利用该平台对GEM 探测器的结构参数和工作参数进行分析优化，深入阐述了GEM中深层次的雪崩机制、离子抑制机制和电荷堆积机制，为GEM 探测器的结构优化、工作参数的选择及实验研究的理论分析提供深入的理论指导。