自從X射線誕生以來，在工業(yè)無損檢測(cè)、安檢設(shè)備、醫(yī)療領(lǐng)域、科研領(lǐng)域得到應(yīng)用。X射線能量高、波長短、穿透能力強(qiáng)，而對(duì)于不同物質(zhì)其穿透能力也不同。X射線容易穿透原子序數(shù)低的物質(zhì)，不容易穿透高原子序數(shù)的物質(zhì)。鉛原子序數(shù)高，對(duì)電離輻射的吸收效率高，因此常常被用作屏蔽X射線的防護(hù)材料。

  影響X射線分辨率的主要因素是X射線源焦點(diǎn)的大小，焦點(diǎn)越小的X射線源的分辨率越高。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在成像領(lǐng)域中人們不斷追求更加清晰的成像，尤其是活物器官成像和人體癌癥的診斷。在晶體結(jié)構(gòu)分析中，內(nèi)部的缺陷、位錯(cuò)都需要分辨率的X射線源才能得到清晰的衍射圖像。在生物領(lǐng)域，蛋白質(zhì)和細(xì)胞都在微米級(jí)別，常規(guī)X射線源也滿足不了研究應(yīng)用的需要。因此，研制高分辨率微焦點(diǎn)X射線源能夠有效促進(jìn)X射線分析技術(shù)在這些前沿領(lǐng)域的應(yīng)用。

  目前，小于100um的熱陰極微焦點(diǎn)X射線源已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但熱陰極通過高溫加熱燈絲來發(fā)射電子，能量轉(zhuǎn)化效率很低，大部分能量轉(zhuǎn)化為了熱能，只有約百分之一的能量轉(zhuǎn)化為X光，因此功耗很大，在大功率下工作，壽命性能受到較大影響。此外，受電路控制系統(tǒng)的限制，設(shè)備體積較大。因此，提高分辨率、減小體積、延長壽命是X射線源研究的焦點(diǎn)問題。

  X射線成像過程降噪方法最典型的是通過提高管電流、增加曝光時(shí)間來降低CT成像噪聲。X射線的產(chǎn)生以及與物質(zhì)的相互作用過程，是一個(gè)光子計(jì)數(shù)的隨機(jī)過程，而提高管電流、增加曝光時(shí)間是可以提高成像的信噪比。在管電壓一定的情況下，管電流越大，產(chǎn)生的X射線光子的數(shù)量就越多，圖像信噪比就越高。而增加曝光時(shí)間可以通過降低圖像采集的幀頻或者進(jìn)行多幀圖像疊加實(shí)現(xiàn)。此外，提高微焦點(diǎn)X射線源的管電壓可以增強(qiáng)射線穿透工件能力，提高圖像對(duì)比度。

  X射線通過高能電子束轟擊陽極金屬靶材產(chǎn)生。傳統(tǒng)的X射線管采用的是螺旋狀的鎢絲作為電子源材料，通過對(duì)鎢絲的螺旋纏繞可以加大發(fā)射電流。但是鎢絲需要在兩千多攝氏度的高溫下發(fā)射電子，而高溫下鎢絲會(huì)逐漸蒸發(fā)，同時(shí)電子碰撞空氣分子產(chǎn)生的陽離子不斷轟擊熱陰極，這此因素導(dǎo)致熱陰極電子源壽命減短。

  場(chǎng)電子發(fā)射具有室溫發(fā)射、熱損耗小、啟動(dòng)快、分辨率高、易于小型化等優(yōu)點(diǎn)，在克服熱陰極缺陷上具有顯著優(yōu)勢(shì)，是真空電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。碳納米管（carbon nanotubes , CNTs）是一種準(zhǔn)一維的碳納米材料，具有出色的化學(xué)、力學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用在各種電子器件與傳感器上。由于曲率半徑小、抗離子轟擊能力強(qiáng)、導(dǎo)電性好等優(yōu)點(diǎn)，CNT是制備場(chǎng)致發(fā)射冷陰極的優(yōu)良材料。碳納米管場(chǎng)發(fā)射陰極的性能特點(diǎn)包括：電流密度高（可達(dá)到10⁵-10⁷A/cm²）,強(qiáng)流工作穩(wěn)定性好，場(chǎng)發(fā)射電子的出射角度小、能量均勻、有利于電子束聚焦等。因此，基于碳納米管場(chǎng)發(fā)射的冷陰極技術(shù)是新一代X射線源的發(fā)展方向。

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