FR2999796A1 - Dispositif d'optique electronique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'optique électronique de génération d'un faisceau d'électrons (6) comprenant une cathode froide (9) s'étendant selon une direction principale (Ox), une anode (10) disposée sensiblement en vis-à-vis de la cathode froide (9), un substrat (17) prolongeant la cathode froide (9) selon la direction principale (Ox) et un circuit magnétique (14), des moyens (11) de génération d'une différence de potentiels électriques entre l'anode (10) et la cathode froide (9) sont adaptés pour générer un champ électrique macroscopique (Emacro) permettant d'extraire des électrons de la cathode froide (9). Le champ magnétique généré par le circuit magnétique (14) est adapté pour réorienter les électrons extraits de la cathode froide (9) vers la cathode froide (9), les électrons dérivant dans le sens de la direction principale (Ox) jusqu'à sortir d'un volume situé entre la cathode froide (9) et l'anode (10), le champ magnétique étant perpendiculaire au champ électrique macroscopique.

Description

DISPOSITIF D'OPTIQUE ELECTRONIQUE L'invention vise essentiellement les amplificateurs hyperfréquences pour les satellites de télécommunication et les sondes spatiales, mais peut aussi 5 s'appliquer à d'autres domaines des hyperfréquences ou de l'électronique sous vide. Les paramètres prépondérants pour les amplificateurs hyperfréquences sont le rendement électrique, la fiabilité, la bande passante, l'encombrement et la masse. 10 La première liaison hyperfréquence a été réalisée entre la Lune et la Terre, elle utilisait un amplificateur à champs croisés ou « Cross Field Amplifier », en langue anglaise (CFA). On entend par « amplificateur à champs croisés » un appareil dans lequel l'amplification est obtenue à l'aide d'un champ magnétique constant et perpendiculaire au champ électrique. 15 Les CFA développés à l'époque comprennent des cathodes à émissions secondaires pour lesquelles l'émission d'électrons est induite par un flux d'électrons. Or, le coefficient de réémission de ce type de cathode chute très rapidement au cours du temps. Une première alternative consiste au remplacement des cathodes à émissions secondaires telle qu'une cathode à 20 émission thermoélectronique. On entend par « cathode à émission thermoélectronique » une surface conductrice de laquelle sont extraits des électrons par application d'un champ électrique. Lorsqu' elle est portée à haute température, des électrons sont libérés dans le vide. Toutefois, lorsque la surface émissive de ce type de cathode est très grande, la puissance de 25 chauffage nécessaire pour une telle cathode est très importante ce qui dégrade le rendement électrique de façon rédhibitoire. Par la suite, les CFA ont donc été délaissés au profit de tubes à ondes progressives (TOP).

Pour les applications tels que les tubes à rayons X, les électrons sont accélérés par une haute tension électrique vers une cible. Lors de leur impact sur la cible, les électrons émettent un rayonnement X. Le flux d'électrons est focalisé par une succession de lentilles afin que la tache d'impact des électrons soit de la plus petite dimension possible de manière à améliorer la résolution de l'image X, comme c'est le cas pour une mammographie. Pour certaines applications, comme la radiographie et le scanner, il peut s'avérer utile d'avoir un tube à rayons X émettant de brèves impulsions.

Actuellement, les solutions proposées reposent sur une commutation de la haute tension ou une commutation du chauffage de la cathode. La commutation de la haute tension est lente en raison du potentiel électrique très élevé à commuter, typiquement de l'ordre de plusieurs dizaines de kilovolt, et la commutation du chauffage est limitée par l'inertie thermique de la cathode. Il a été proposé de remplacer la cathode thermoélectronique des tubes à rayons X par une cathode à effet de champ. Toutefois, les tubes à rayon X utilisant des cathodes à effet de champ sont limités en courant et donc aussi en intensités de rayons X. En effet, les cathodes à effet de champ de type cathode à nanotubes de carbone ou « Carbon Nano Tube » (CNT), en langue anglaise, ont une densité de courant maximale de 0,1 à 1 A.cm-2 pour un fonctionnement fiable. Par ailleurs, ce type de cathode nécessite l'utilisation d'une grille de commande dont l'intégration est difficile. De plus, la grille de commande et les CNT sont soumis au bombardement ionique provenant de l'ionisation du gaz résiduel dans le tube et la grille intercepte une fraction importante des électrons émis par les CNT. Un but de l'invention est de proposer une optique électronique permettant de générer un faisceau d'électrons très dense permettant une émission par impulsions à partir d'une cathode froide sans recourir à l'utilisation d'une 30 grille de commande.

Selon un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif d'optique électronique de génération d'un faisceau d'électrons. Le dispositif d'optique électronique comprend une cathode froide s'étendant selon une direction principale, une anode disposée sensiblement en vis-à-vis de la cathode froide, un substrat prolongeant la cathode froide selon la direction principale et un aimant permanent, des moyens de génération d'une différence de potentiels électriques entre l'anode et la cathode froide sont adaptés pour générer un champ électrique macroscopique permettant d'extraire des électrons de la cathode froide, le champ magnétique généré par l'aimant permanent étant adapté pour réorienter les électrons extraits de la cathode froide vers la cathode froide, les électrons dérivant dans le sens de la direction principale jusqu'à sortir d'un volume situé entre la cathode froide et l'anode, le champ magnétique étant perpendiculaire au champ électrique macroscopique.

Un tel dispositif permet d'obtenir des fortes densités de courant à partir d'une cathode à nanotubes de carbone, typiquement de l'ordre de 20 mm de long et inférieur à 1 mm de large. Dans un mode de réalisation la cathode froide est une cathode comprenant des nanotubes de carbone.

Avantageusement, le dispositif comprend en outre un moyen de commande laser adapté pour moduler le fonctionnement de la cathode. Avantageusement, un rapport entre la hauteur selon une direction perpendiculaire à la direction principale d'un nanotube de carbone et le diamètre d'un nanotube est compris entre 100 et 1000. Le rapport entre la hauteur du nanotube et le diamètre détermine le facteur bêta. Le champ électrique local à la pointe du CNT, qui détermine l'intensité d'émission de ce CNT par émission de champ, est égal au champ macroscopique amplifié par ce facteur bêta. Un facteur bêta élevé permet de limiter la norme du champ électrique à appliquer pour atteindre l'intensité d'émission voulue, et donc de réduire le risque de claquage électrique entre la cathode et l'anode.

Avantageusement, la distance entre deux nanotubes de carbone est égale à l'ordre de grandeur de la hauteur des nanotubes ce qui assure un meilleur compromis entre le courant émis et le facteur bêta définissant la norme du champ électrique à appliquer.

Avantageusement, une face de l'anode est située sensiblement en vis à vis de la surface de la cathode ce qui permet une extraction plus facile des électrons. Avantageusement, la face de l'anode est concave. Préférentiellement, la face concave de l'anode présente un rayon de courbure environ dix fois supérieur à une distance entre l'anode et la cathode selon la direction perpendiculaire à la direction principale. La face concave de l'anode permet d'exercer une force de rappel sur les électrons ce qui permet de focaliser le faisceau d'électrons. Avantageusement, une surface du substrat est concave. Préférentiellement, le substrat concave présente un rayon de courbure environ dix fois supérieur à une distance entre l'anode et la cathode. Cet ordre de grandeur est un bon compromis entre le diamètre du faisceau d'électrons et les vitesses transverses des électrons constituant le faisceau. On entend par vitesse transverse l'accélération produite par une force transversale modifiant la trajectoire de l'électron. La vitesse transverse reflète ici la notion de dispersion du faisceau d'électron, elle s'exprime en électronvolt (eV). La vitesse transverse est déterminante pour l'émittance s'exprimant alors en mètre radian (m.rad) ou brillance s'exprimant en ampère par mètre carré par stéradian (A. m-2. Srad-1).

Avantageusement, un champ électrique microscopique au sommet du nanotube de carbone est compris entre 1 et 5 V/nm, le champ électrique microscopique étant le produit de la norme du champ électrique macroscopique et d'un facteur bêta dépendant de la hauteur et du diamètre d'un nanotube.

L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un schéma d'un amplificateur d'ondes hyperfréquences, selon l'art connu, - la figure 2 représente un schéma de principe d'un canon à électrons comprenant une cathode à effet de champ, selon l'art connu, - la figure 3 représente un schéma du dispositif d'optique électronique selon un aspect de l'invention, et - la figure 4 représente un aimant permanent permettant de générer un champ magnétique, selon un aspect de l'invention. - la figure 5 représente les trajectoires des électrons dans un tube à rayon X muni d'un dispositif d'optique électronique selon un aspect de l'invention, la figure 6a représente les trajectoires suivies par les électrons situés dans un volume compris entre la cathode et l'anode et la figure 6b représente les vitesses transverses des électrons selon un aspect de l'invention.

La figure 1 représente un amplificateur d'onde hyperfréquence. En l'espèce, il s'agit d'un tube à ondes progressives 1. Le tube à ondes progressives 1 comprend quatre parties principales : une enveloppe 2 maintenue sous vide à l'intérieur de laquelle se trouve un canon électronique 3, une hélice 4, des collecteurs 5.

Le canon électronique 3 est la source des électrons qui constituent le faisceau électronique 6 qui se propage à l'intérieur de l'hélice 4. Il peut être constitué d'une cathode thermoélectronique, d'une cathode froide ou d'une cathode à effet de champ et d'une anode, ces différents éléments étant non représentés sur la figure 1. Un champ électrique est appliqué entre la cathode 9 et l'anode 10 permettant d'arracher des électrons à la cathode 9 pour former un faisceau 6. Le faisceau 6 formé est soumis à un champ magnétique B généré par un aimant 7 perpendiculaire au champ électrique. Le faisceau 6 forme un cylindre à l'intérieur de l'hélice 4. L'hélice 4 est une spirale, typiquement en tungstène, insérée à l'intérieur de l'enveloppe 2 maintenue sous vide. Typiquement, l'hélice 4 mesure quelques dizaines de centimètres de long et l'intérieur de l'hélice 4 forme un cylindre de diamètre généralement compris entre 50 pm et 5 mm.

L'hélice 4 et l'enveloppe 2 sont isolées l'une de l'autre par des matériaux isolants. Avantageusement, le diamètre du cylindre formé par le faisceau d'électrons 6 correspond au tiers du diamètre de l'hélice 4, il est donc compris entre 15 pm et 1,5 mm. Le signal hyperfréquences comprenant des ondes électromagnétiques à amplifier est appliqué à l'hélice 4 à une première extrémité 8a du côté du canon électronique 3. Les ondes électromagnétiques se déplacent le long de l'hélice 4. Lorsque l'interaction entre les ondes électromagnétiques et le faisceau d'électrons 6 est optimale, ou, en d'autres termes, lorsque la vitesse de déplacement des ondes électromagnétiques le long de l'hélice 4 et la vitesse de déplacement du faisceau d'électrons 6 à l'intérieur de l'hélice 4 sont sensiblement égales, les électrons communiquent leur énergie cinétique aux ondes électromagnétiques. L'amplitude des ondes électromagnétiques à l'extrémité de sortie 8b est alors plus grande que l'amplitude de l'onde à l'extrémité d'entrée 8a.

Les collecteurs 5 recueillent ensuite les électrons après leur passage dans l'hélice 4. Ils reçoivent ainsi toute l'énergie résiduelle non transmise aux ondes électromagnétiques. La figure 2 représente un canon électronique 3 de type cathode à nanotubes de carbone, selon l'art connu. Le canon électronique 3 comprend une cathode 9 comprenant des nanotubes de carbone 9a, une anode 10 située en vis-à-vis de la cathode 9 et un moyen 11 permettant de générer une différence de potentiel Emacro entre la cathode 9 et l'anode 10. Les électrons sont arrachés par effet tunnel aux nanotubes de carbone. Ils sont ensuite accélérés en direction de l'anode 10 par la polarisation positive de celle-ci. Avantageusement, une grille d'extraction 12 polarisée par rapport à la cathode 9 peut permettre de contrôler le courant. Ce type de canon à électrode 3 présente un certain nombre d'inconvénients : - la capacité cathode 10/grille 12 limite la fréquence maximale de commutation, - le courant émis par la cathode 9 varie exponentiellement avec la tension appliquée sur la grille 12 dégradant la qualité de l'asservissement du courant émis par la cathode 9, et - la grille 12 n'étant pas intégralement transparente au flux électronique, elle intercepte de 30 à 40 % du courant émis par la cathode 1. - la fraction de courant intercepté génère une élévation de la température ce qui limite l'utilisation de ce type de canon à électron 3 pour des courants élevés, - le faisceau généré présente une grande vitesse transverse de l'ordre de 30 eV bien supérieure à la vitesse transverse de 0,5 eV obtenue avec une cathode thermoélectronique. Une telle vitesse transverse rend la focalisation du faisceau électronique 6 à l'intérieur d'une hélice 4 standard impossible à partir d'une optique linéaire par exemple. En effet, les optiques linéaires permettent une convergence en surface du faisceau d'un facteur jusqu'à 100 dans une optique conventionnelle (canon dit « de Pierce »). Or, le facteur de convergence est aussi appliqué à la vitesse transverse qui peut atteindre 3000 eV ce qui est bien supérieur aux capacités des moyens de focalisation existant actuellement avec des aimants permanents. La figure 3 représente un premier mode de réalisation du dispositif d'optique 10 électronique 13 permettant notamment de générer un faisceau électronique 6 à l'intérieur d'une hélice 4 à partir d'une cathode 9 comprenant des nanotubes de carbone 9a. Le dispositif d'optique électronique 13 comprend une cathode 9 comprenant des nanotubes de carbone 9a. Une anode 10 est disposée sensiblement en 15 vis-à-vis de la cathode 9. Un moyen de génération d'une différence de potentiel 11 génère un champ électrique E entre l'anode 10 et la cathode 9. Des électrons sont arrachés par effet tunnel et sont ensuite accélérés vers l'anode 10. Un champ magnétique B perpendiculaire au champ électrique macroscopique Emacro généré par un circuit magnétique 14 rabat les 20 électrons issus de la cathode 9 vers cathode 9. Sous l'influence du champ magnétique B, les électrons dérivent selon le sens de la direction principale Ox jusqu'à sortir du volume défini par la cathode 9 et l'anode 10. Les électrons forment ainsi un faisceau électronique 6. Le diamètre du faisceau électronique 6 généré par le dispositif d'optique 25 électronique 13 est sensiblement égal à la largeur de la cathode 9 comprenant des nanotubes de carbone. Avantageusement, le diamètre du faisceau d'électrons 6 correspond au tiers du diamètre de l'hélice 4 utilisé dans le TOP ou dans le tube à rayon X dans lequel le canon à électrons 3 est intégré. Typiquement, le diamètre de l'hélice 4 est compris entre 50 pm 30 et 5 mm, la largeur de la cathode 9 est donc sensiblement égale au tiers de du diamètre de l'hélice 4. La largeur de la cathode 9 est avantageusement comprise entre 0,15 pm et 1,8 mm. 2 999 796 9 La densité de courant obtenue dépend de la longueur de la cathode 9. Plus la cathode 9 est longue et plus la densité de courant obtenue est grande, typiquement, la longueur de la cathode est de quelques dizaines de millimètres. On comprendra aisément, que la longueur de la cathode est 5 optimisée en fonction des applications pour lesquelles le dispositif d'optique électronique 13 est destiné. Toutefois, il faut noter qu'une densité de courant trop élevée génère un champ électrique de charge qui limite le champ électrique macroscopique Emacro appliqué entre la cathode 9 et l'anode 10. Lorsqu'une cathode 9 comprenant des nanotubes de carbone est soumise à un champ électrique E intense, les électrons sont arrachés de la surface du matériau par effet tunnel. Un champ électrique Emacro macroscopique compris entre 10 et 20 kV par millimètre entre la cathode 9 et l'anode 10 est nécessaire pour arracher les électrons dans un dispositif à champ croisé. Avantageusement, les nanotubes de carbone 9a forment une pointe à leur extrémité de manière à renforcer le champ électrique E au niveau de la pointe. Le champ électrique microscopique Emicro observé au niveau de la pointe du nanotube de carbone 9a est bien supérieur au champ électrique macroscopique Emacro appliqué. Le champ microscopique Emicro est fonction d'un facteur bêta et du champ électrique macroscopique Emacro, le facteur bêta correspondant au rapport entre la hauteur d'un nanotube de carbone 9a et le diamètre du nanotube de carbone 9a. Avantageusement le facteur est compris entre 100 et 1000. Typiquement, le champ électrique microscopique Emicro est inférieur à une dizaine de volts par nanomètre. Un champ électrique microscopique Emicro supérieur à 10 volts par nanomètre risquerait d'endommager les nanotubes 9a. Typiquement, les nanotubes de carbone 9a ont une hauteur comprise entre 1 et 10 micromètres et un diamètre compris entre 1 et 50 nanomètres. La densité de nanotubes de carbone 9a à la surface de la cathode 9 est la plus élevée possible de manière à maximiser le courant émis par la cathode 9. Toutefois, une densité de nanotubes de carbone 9a trop importante diminue le facteur bêta [3. Or, plus le facteur bêta f3 est élevée et plus le champ électrique macroscopique Emacro à appliquer est faible, et par voie de conséquence, plus le champ magnétique à appliquer est faible ce qui facilite la mise en oeuvre du dispositif d'optique électronique 13. En effet, le champ magnétique B appliqué sert à rabattre les électrons arrachés de la cathode 9 et accélérés vers l'anode 10 vers la cathode 9. On comprendra alors aisément que plus le champ électrique macroscopique Emacro est 5 élevé et plus le champ magnétique B doit être élevé pour rabattre les électrons avant qu'ils n'interceptent l'anode 10. Une distance entre deux nanotubes de carbone 9a dans les deux directions de l'espace Ox et Oy, comprise entre une et deux fois la hauteur des nanotubes de carbone 9a, permet d'obtenir le meilleur compromis entre le courant maximal émis et le 10 facteur bêta [3 maximal. La distance entre la cathode 9 et l'anode 10 doit être la plus faible possible pour réduire les risques de claquages électriques. Toutefois, plus la distance entre la cathode 10 et l'anode 9 est faible et plus la norme du champ magnétique B à appliquer doit être importante de manière rabattre les 15 électrons issus de la cathode 9 avant qu'ils n'interceptent l'anode 10. Il faut donc trouver un compromis entre une faible distance et un champ magnétique limité. Une distance de 0,3 mm semble être une distance acceptable avec un champ magnétique de l'ordre de 0,5 à 1 tesla. L'anode 9 comprend typiquement du molybdène ou du cuivre. Ce sont des 20 matériaux qui ont une bonne résistance aux champs électriques forts. Ils permettent un état de surface sans protubérance qui risquerait de renforcer localement le champ électrique et générer des claquages électriques. Avantageusement, la face de l'anode 9 en vis-à-vis avec la cathode 10 est de forme concave. Elle présente un rayon de courbure permettant de créer 25 un champ électrique de rappel sur les électrons permettant de focaliser le faisceau d'électrons 6 généré. Ainsi, plus le rayon de courbure est petit et plus la norme du champ électrique de rappel est grande et plus le diamètre du faisceau électronique 6 est petit. Toutefois, plus le rayon de courbure est petit et plus les vitesses transverses des électrons sont grandes. Il est 30 nécessaire de trouver un compromis entre la focalisation du faisceau électronique 6 et l'augmentation des vitesses transverses.

Avantageusement, le rayon de courbure est environ égal à dix fois la distance entre la cathode 9 et l'anode 10 ce qui limite le grossissement du faisceau àun facteur 1,5 et limite l'augmentation des vitesses transverses à un facteur de 2.

Le champ magnétique appliqué est perpendiculaire au champ électrique appliqué entre la cathode 9 et l'anode 10. Ce champ magnétique sert à rabattre les électrons issus de la cathode 9 et accélérés vers l'anode 10. La norme du champ magnétique dépend du facteur bêta et du champ électrique macroscopique.

Avantageusement, le dispositif d'optique électronique comprend un moyen de commande permettant de moduler le fonctionnement du dispositif 13. En l'espèce, le moyen de commande est un élément photoconducteur 15 placé en série avec la cathode 9. Le courant photogénéré par l'élément photoconducteur 15 suite à une illumination 16 de type laser, par exemple, est égal au courant de la cathode 9. Il est alors possible de générer un faisceau d'électrons 6 de manière impulsionnelle. Avantageusement, le prolongement selon la direction principale Ox d'un substrat 17 qui prolonge la cathode 10 présente une surface concave. Avantageusement, le rayon de courbure du substrat 17 est environ dix fois supérieur à la distance entre la cathode 9 et l'anode 10. La figure 4 représente un circuit magnétique tel qu'utilisé dans l'invention. Le champ magnétique est généré par un circuit magnétique 14 comprenant un aimant permanent comprenant par exemple du Samarium Cobalt 18. La cathode 9 et l'anode 10 sont disposées dans l'entrefer 19. L'entrefer 19 du circuit magnétique est de 3 mm. Le champ magnétique créé est quasiment constant dans l'entrefer 19 et diminue très rapidement quand on s'éloigne de l'entrefer 19 de quelques millimètres. La figure 5 représente la trajectoire d'un faisceau d'électrons 6 généré par le dispositif d'optique électronique 13 dans un tube à rayons X.

Les trajectoires des électrons du faisceau 6 peuvent être divisées en trois zones. Une première zone définissant un volume entre la cathode 9 et l'anode 10 à l'intérieur de laquelle les électrons sont extraits, une deuxième zone à champ magnétique décroissant et une troisième zone définissant un volume entre la cathode et une anode-cible 20 dans laquelle les électrons sont accélérés par un champ électrique intense. Dans la première zone, les électrons sont extraits de la cathode 9 dans le vide par effet tunnel et accélérés vers l'anode 10 par le champ électrique macroscopique Emacro. Le champ magnétique B perpendiculaire au champ électrique rabat les électrons vers la cathode 9 évitant ainsi qu'un courant intercepte l'anode 10. La trajectoire suivie par les électrons est une cycloïde. La dispersion des électrons selon l'axe Oz est limitée par un champ électrique de rappel généré par la forme arrondie de l'anode 10. Le rayon de courbure de l'anode 10 est optimisé pour focaliser le faisceau d'électrons 6 tout en limitant l'augmentation de la vitesse transverse. A cause du fort champ magnétique B qui règne dans la deuxième zone, les électrons restent confinés près du substrat 17 de la cathode 9. Ils dérivent lentement selon la direction principale Ox. Ils sont donc de moins en moins soumis au champ magnétique B.

Les électrons se retrouvent ainsi dans la troisième zone dans laquelle le champ magnétique est faible. Les électrons sont alors soumis à un champ électrique fort. Ils sont alors accélérés vers l'anode-cible 20. L'impact des électrons sur l'anode-cible 20 forme une tâche de dimension millimétrique. La figure 6a représente les trajectoires des électrons dans la première zone, entre la cathode 9 et l'anode 10. La distance entre la cathode 9 et l'anode 10 est de 25 mm et la longueur de la cathode 9 est de 20 mm. La trajectoire des électrons définit une cycloïde, le pas de la cycloïde étant de 0,72 mm, le pas de la cycloïde étant défini par le champ électrique macroscopique Emacro et le champ magnétique B. La tache d'impact obtenue sur l'anode-cible 20 mesure environ 3,2 mm X 1,6 mm. Il est possible de la réduire en utilisant un substrat de forme concave tel que décrit précédemment. Un autre avantage du dispositif électronique 13 proposé selon l'invention est que les ions présents dans le tube de rayons X ou dans les tubes à ondes progressives ne peuvent pas remonter le champ magnétique intense et ainsi endommager la cathode 9. Ces ions sont issus de l'ionisation des gaz résiduels présents dans les tubes. La figure 4b est une représentation graphique de la vitesse d'un électron en 10 fonction du temps. La vitesse transverse des électrons issus d'une cathode 9 à nanotubes de carbone est classiquement de 30 eV. La vitesse transverse de l'électron dans le dispositif d'optique électronique 13 proposé augmente d'un facteur 2, elle est environ de 70 eV.

15 Le dispositif d'optique électronique 13 permet donc de générer un faisceau d'électrons très dense de manière impulsionnelle à partir d'une cathode à nanotubes de carbone et sans utiliser de grille d'extraction. Il trouve des applications dans les domaines des tubes à ondes progressives à champs croisés (CFA), des tubes à rayons X et des neutraliseurs pour les moteurs 20 ioniques des satellites artificiels.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'optique électronique de génération d'un faisceau d'électrons (6) comprenant une cathode froide (9) s'étendant selon une direction principale (Ox), une anode (10) disposée sensiblement en vis-à-vis de la cathode froide (9), un substrat (17) prolongeant la cathode froide (9) selon la direction principale (Ox) et un circuit magnétique (14), des moyens (11) de génération d'une différence de potentiels électriques entre l'anode (10) et la cathode froide (9) sont adaptés pour générer un champ électrique macroscopique (Emacro) permettant d'extraire des électrons de la cathode froide (9), le champ magnétique généré par le circuit magnétique (14) étant adapté pour réorienter les électrons extraits de la cathode froide (9) vers la cathode froide (9), les électrons dérivant dans le sens de la direction principale (Ox) jusqu'à sortir d'un volume situé entre la cathode froide (9) et l'anode (10), le champ magnétique étant perpendiculaire au champ électrique macroscopique.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la cathode froide est une cathode (9) comprenant des nanotubes de carbone (9a).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel un moyen de commande 20 laser (16) est adapté pour moduler le fonctionnement de la cathode de manière à générer un faisceau d'électrons (6) de manière impulsionnelle.
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3 dans lequel un rapport entre la hauteur selon une direction perpendiculaire à la direction principale (Ox) d'un nanotube de carbone (9a) et le diamètre d'un nanotube (9a) est 25 compris entre 100 et 1000.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4 dans lequel la distance entre deux nanotubes de carbone (9a) est environ égale à l'ordre de grandeur de la hauteur des nanotubes.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel une face de l'anode (10a) est située sensiblement en vis à vis de la surface de la cathode (9).
7. 7. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel la face de l'anode (10) est 5 concave.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel la face concave de l'anode (10a) présente un rayon de courbure environ dix fois supérieur à une distance entre l'anode (10) et la cathode (9) selon une direction perpendiculaire (Oz) à la direction principale (Ox).
9. 9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel la distance entre la cathode (9) et l'anode (10) correspond au tiers du diamètre du faisceau d'électrons (6) à générer.
10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel une surface du substrat (17) est concave. 15
11. 11. Dispositif selon la revendication 10 dans lequel le substrat (17) concave présente un rayon de courbure environ dix fois supérieur à une distance entre l'anode (10) et la cathode (9).
12. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel un champ électrique microscopique au sommet du nanotube de carbone est compris entre 1 et 5 V/nm, le champ électrique microscopique étant le produit de la norme du champ électrique macroscopique et du rapport entre la hauteur et le diamètre d'un nanotube.25