X射线广泛应用于医学CT影像检测和工艺无损检测中。作为X射线成像系统中的核心部件 X 射线管，长期受限于热电子发射阴极工作温度高，电流密度小，启动速度慢等弊端。特别地，在医疗 CT 成像领域，往往要求 X 射线管的焦斑尺寸小，电流密度大，瞬间响应快，可快速拍照，X 射线辐射剂量低等。碳纳米管场致发射源作为一种新的冷阴极电子发射源，能克服传统热阴极的缺点，基于碳纳米管 X 射线管的 CT 系统可实现脉冲式发射，高速拍照，低剂量的特点，被认为是一种可代替热阴极材料作为X射线管的核心阴极材料。碳纳米管X射线管相比于传统 X 射线管的优点毋庸置疑，但不可否认其存在着明显的不足，比如：碳纳米管射线管的电流稳定性差，容易出现打火现象。场致发射一般需要施加强的电场于阴极表面，一般采用引入栅极的方式来实现。其中内栅极制备工艺难度高，容易烧毁短路。外栅极结构能有效避免内栅极缺陷，但外栅极截获电子非常严重，导致栅极发射变形。这些不足很大程度上影响着碳纳米管发射 X 射线管的应用推广。 本文为了提高碳纳米管场致发射阴极的可靠性，利用微波等离子体 CVD 设备生长大面积碳纳米管场致发射阵列，沉积催化剂有效地解决了碳纳米管与基底之间接触阻抗过高的问题，提高了碳纳米管场发射电流的稳定性，并且获得了很高的发射电流密度。同时，本论文优化了一种 X 射线管电子枪结构，在大大降低栅极截获电子数的同时，实现了很高的压缩比，获得了很好的聚焦特性。 本文主要有以下3个方面研究内容： 1．在原来的碳纳米管场致发射X射线管的基础上，对X射线管进行了新的结构设计，采用阴影栅结构，近似实现了栅极零截获，优化仿真了带阴影栅结构的电子枪结构，并满足高分辨率CT系统的性能要求； 2．采用MW-PCVD和丝网印刷的方法制备碳纳米管阵列，得到了电流密度大于2A/cm2大面积阴极阵列； 3．根据设计要求成功制备出了大功率脉冲式 X 射线管，并进行了 CT 成像验证，获得了高分辨率CT成像。
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