Ryoichi Suzuki（组长），先进缺陷表征研究组，国立先进工业科学技术研究所（AIST）仪器前沿研究所（所长：Yoshio Akimune）（主席：Hiroyuki Yoshikawa），与 Dialight Japan Co, Ltd（主席：Masanori Haba）和 Life Technology Research Institute, Inc（主席： Yoshihisa Ishiguro）开发了实用的便携式 X 射线源，其带有使用碳纳米结构的冷阴极电子源。

X射线源采用碳纳米结构作为场致发射电子源，由于没有加热器或灯丝，因此不需要预热，因此可以在需要时迅速产生X射线。由于只有在产生 X 射线时才会消耗能量，因此干电池或 USB 电源可以产生能量 >100 keV（无损检测或医疗诊断所需的水平）的 X 射线。​该技术还适用于功率>10 kW的电子束产生X射线以进行超高速成像，这有助于需要超快速X射线检查的新应用。

研究结果将在2009年3月24日至25日举行的“先进材料和无损测量技术实现安全可靠社会研讨会”上发表。

开发的X射线源主体（左）和X射线透射图像（右、下）

X射线测量系统目前应用于许多领域，包括医疗诊断、结构无损检测、工业产品检测、机场安检等，并将在实现安全社会的过程中找到新的应用。为了使阴极达到所需的温度，这需要一段预热时间，因此即使不产生 X 射线，加热器也会不断消耗电力。 ​ 还有一个额外的问题是，长时间的电流传导会导致加热器/灯丝退化。 由于预热时间和高功耗，X 射线测量系统的应用受到限制，特别是在无损检测和医疗诊断领域，而在这些领域，便携性是最有价值的。

仪器前沿研究院致力于节能电子加速器和高能X射线应用。 ​2007年，使用干电池开发了电子加速器和高能X射线发生器（AIST新闻稿，2007年10月22日），该研究所此后一直致力于改善X射线源的启动时间和整体能源效率。

Dialight Japan Co, Ltd已成功开发出使用具有极高电子发射率的碳纳米结构的冷阴极电子源，并一直与Life Technology Research Institute, Inc合作将该冷阴极电子源应用于X射线源。

期望通过结合各集团的技术来最好地实现新的高能X射线源，在“工业技术研究和开发业务（支持中小企业）”下，于2008年开始对X射线无损检测系统提出挑战，采用使用碳纳米结构的高性能冷阴极技术。

已开发的X射线源（X射线管）的主体是由金属和陶瓷材料密封的金属陶瓷管，已开发出低功率管和高功率管两种类型（图1）。​在这些 X 射线管中，使用碳纳米结构向电子源施加负电压，向靶材施加正电压；从电子源发射的电子撞击目标并产生 X 射线。​开发的两种类型的X射线管可产生最大能量>100 keV的X射线。​碳基冷阴极电子源即使在室温下也能通过场发射发射电子。​一个已知的问题是，场发射会因暴露在高电场（如 X 射线管）中而逐渐退化。为了避免这个问题，我们对使用碳纳米结构的电子源的配置和制造条件进行了优化，并开发了加工技术来稳定电子发射。结果，实现了正常使用时不会出现问题的长寿命。此外，X射线管与使用干电池的高压电源相结合，使得仅在产生X射线时才消耗能量。由此，成功研制出一种使用两节AA电池或USB电源，如同PC机一样的高能X射线源。

图。 1 开发X射线管（上：低功率管，下：高功率管）

开发的带有高压电源的X射线管可以装在箱子里手提，并用于在现场产生X射线。图 2 显示了使用低功率便携式 X 射线管模型进行 X 射线透射成像的设置，该模型与电源一起安装在小盒子 (37 cm × 13 cm × 35 cm) 中。​该X射线源可与传统热阴极X射线源一样用于无损检测和医疗诊断。​便携式 X 射线源使用方便，因为它消除了传统热阴极 X 射线管的一个大问题预热时间，并且可以在需要时立即生成 X 射线。

图。 2 使用便携式 X 射线源进行 X 射线透射成像的设置

此外，我们可以向所开发的冷阴极电子源施加大脉冲电流，并使用高功率 X 射线管产生 >10 kW 功率的电子束，使用低功率 X 射线管产生 >3 kW 的电子束。利用大剂量脉冲X射线，实现1/1000秒的高速成像。

图3-5显示了使用X射线源和成像板拍摄的X射线透射图像。 ​ 拍摄图像时使用 <1 s 的曝光时间和 <15 mWh 的输入功率。 ​ 作为探测器，我们也可以使用平板型X射线图像传感器来代替成像板。

图。 3​笔记本电脑的X射线透射图像。 ​ 小功率管，曝光时间05s。

图。图4​绝缘体中金属棒电极（外径约10厘米）的X射线透射图像。​高功率管，曝光时间1/100秒

图。 5 紧凑型荧光灯的 X 射线透射图像。 高功率管，曝光时间1/1000秒。

AA干电池一般发出的能量>24Wh，使用两节电池电源即可获得300张以上的高清图像。​关于X射线管的可靠性，已证实即使在每次发射15 mWh的情况下发射超过100万次后也没有观察到性能下降。​此外，通过使用碳纳米结构的冷阴极X射线源，除了X射线透射成像之外，我们还证实了该技术在X射线荧光光谱测定等用途中的有效性。

我们打算开发使用碳纳米结构作为电子源的更高能量和更高输出的X射线管，以寻找大型结构无损检测的应用。研究也在推动计算机断层扫描 (CT) 等更广泛的应用。