一、热阴极与冷阴极的发展历程
21世纪初，大家都在尝试用“冷阴极”这种新技术，但都没成功。所以，尽管其他技术已经过时了，医用X射线管还是用老办法。那什么是冷阴极呢？它就是不用加热灯丝，直接用电场从金属里抽电子出来。这种技术和传统X射线不一样，它能在室温下工作，不用加热灯丝，通过场发射产生电子。
这种技术最早在20世纪90年代末到21世纪初引起了关注，当时人们想用平板液晶显示器作为大屏幕解决方案。为了制造超薄平板阴极射线管，所有电子制造商都加入了场发射显示器（FED）的研发竞赛。CNT-FED，全称是Carbon Nanotube Field Emission Display，就是用碳纳米管作为冷阴极发射电子，具有低功耗、高亮度、快速响应等优势。
CNT-FED在实验室和原型阶段表现出色，但制造难度高、成本过高、均匀性和稳定性不足，导致无法大规模量产，在与 LCD、OLED 和 MicroLED 的竞争中落败。它更适合利基市场（如 AR/车载），而非主流消费电子。
二、场发射效应原理
这个技术最近被用于在X射线管的新型技术中，CNT作为冷阴极，利用场发射效应产生电子。场发射机制：施加栅极电压时，CNT尖端局部电场达到10^7–10^8 V/cm，电子从费米能级隧道逸出。X射线生成：逸出电子加速撞击阳极靶材，产生轫致辐射和特征辐射。优势：无加热、可阵列化、脉冲控制。
经典力学中，粒子必须满足能量大于势垒高度才能越过势垒。但在量子力学中，电子不仅是粒子，还具有波动性。这带来两个关键结果：波函数穿透和隧穿概率非零。碳纳米管（CNT）场致电子发射正是典型的Fowler–Nordheim隧穿机制，这也是CNT被认为是目前最优秀的冷阴极材料之一的核心原因。
CNT尖端直径通常只有几纳米到几十纳米，尖端曲率半径极小，导致局部电场被极大增强。在这么强的电场下，三角形势垒会被严重倾斜，势垒宽度 w 在几伏电压下就能薄到 ~几 nm 甚至 <1 nm，有效势垒高度也从 ~φ 下降到远低于 1 eV，这两个效应都指数级提升隧穿概率。
三、冷阴极射线管在医用成像的优点
在医用成像领域，场致发射型 X 射线管具有多项理想特性：尺寸优化、能量效率高、工作温度低、开关速度快、电流 - 电压解耦。
