1997年，西欧粒子物理研究中心(CERN)的物理学家F.Sauli首次提出了一种在气体介质中电子倍增的新模式：Gas Electron Multiplier(GEM).并把GEM制作的高速粒子径迹探测器称为GEM探测器。典型的GEM结构是在两边镀铜的聚乙烯薄膜(Kapton)上，用化学蚀刻技术将其腐蚀出许多等间距的小孔，孔的中心部分直径在50um～80um，加上一定的电压后可以产生lO4V/cm以上的电场强度。当电子在电场作用下经过小孔时与气体分子发生碰撞和电离产生多个次级电子，通过气体雪崩放大过程实现对原初电子的倍增。　　 在普通的多丝正比室(MWPC)或者微条气体室(MSCC)中，插入一片GEM薄膜，可以把原初电离预放大102～10a倍，使MWPC(或MSGC)可以工作在较低的增益区，从而有效降低阳极丝附近的正离子云的密度，提高探测系统的时间响应和计数能力，以及增益稳定性，使用两层GEM，气体放大倍数可以达到104以上，配合微型电极条读出，可以制作成不对称型气体探测器结构，其优点是：与多丝正比室相比，它不用通常的金属丝布局来构成电场区，可以有效减小气隙和空间电荷效应；与微条气体室相比，不会由于绝缘支撑造成在高技术率情况下的局部电场不稳地；由于不存在阳极丝间距的限制，直接采用GEM微条电极读出仍可以获得很好的位置分辨（<100um）。若使用若干层GEM器件串接使其倍增系数达到106，在许多射线测量场合，将能替代笨重且价格昂贵的光电倍增管；此外.GEM质置轻，可以加工成较大的尺寸和各种形状。GEM探测器这些特点，使得它不仅是一种独具特色的新型粒子径迹探测器，同时也将是第三代同步辐射光源实验，医用CT诊断，X射线晶体学等领域很具潜力的成像探测器。以医学影像诊断中广泛使用的X-CT为例，如利用GEM-X射线探测器具有的高灵敏度和快时间响应的特点，可以将光束准直成微米置级进行断层扫描，不仅可以获得最佳的图像反差，而且使病人受到的辐照剂量减小。　　 GEM--经提出，就引起了广泛重视，国外许多科研机构和大学先后开展了对多种不对称型GEM+MWPC.GEM+MSGC，双层GEM探测器，三层GEM探测器的原理性实验。为解决GEM高分辨读出的需要，开展了各种读出电子学和读出方法研究，例如：HEXA读出，高分辩的延迟线读出，采用集成芯片的重心读出，使用读出电极与读出电子学集成在一起的集成芯片直接读出等。同时，这些实验的结果也表明：GEM探测器的应用和推广存在一些基本理论和技术问题需要解决，如GEM构型与电子倍增系数的关系；GEM材料电阻率与增益稳定性的关系；不同工作气体和GEM工作电压对倍增系数的影响。在高能物理实验中，由于探测面积大，读出路数非常多，因此需要研制特殊的读出电极及专用读出电路，这是解决GEM高分辩读出的关键问题。在成像应用方面，读出方法多使用投影读出，重建方法最常用的是重心法跟延迟线方法。延迟线重建方法可以大幅度降低读出电子学系统费用，在过去几十年中多用于多丝室信号读出，但是由于技术原因，以前的延迟线本身由金属导线绕制而成。这种延迟线占用空间很大，分布参数难以准确控制。它的延迟时间和频率响应取决于导线特性以及绕制时线与框架之间的寄生电容和电感，因此这种延迟线的单位延迟时间和带宽性能受到很大限制，使得探测器的空间分辨能力以及计数率受到很大影响。近年来，随着电子技术发展，各种高频电感，电容元件出现，通过使用高频电感电容元件，根据延迟线的等效电路模型来构建延迟线读出线板成为一种有效的读出方法。我们的研究结果显示：这种用集总元件组成的延迟线读出板，不但小巧灵活，而且可以根据需要选用不同参数的电阻电容，以获得想要的单位延迟时间和带宽。由于集中元件的参数非常精确，使得延迟线的每个单元延时精确，因此应用这种新型的延迟线读出可以得到好的时间分辨和空间分辨。　　 在该论文研究期间，本人设计研制了两套GEM探测系统原型，第一套系统以双层GEM探测器为基础，使用双面PCB做为读出电极读出。该读出PCB厚O,2mm，双面都是读出条，上下两层的读出条互相垂直，上层读出条直接收集电子从而输出信号，下层读出条通过感应上层读出条的信号而输出感应信号。经过测试，该探测器的性能指标如下：　　 ·探测器的有效面积：100mm×100mm;　　 ·气体放大倍数：5×104；　　 ·计数率能力：≥105/mm2.s;　　 ·位置分辨能力：