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在真空电子学中，自由电子的产生是一项重要的研究内容。为了使电子从固体表面释放到真空中，必须让它们获得足够的能量来克服表面势垒，这种能量可以由热、电子或离子的碰撞或短波长光的照射提供，势垒的性质取决于材料以及外部电场。除介绍自由电子的产生，本章还将介绍电子注的聚焦系统。在许多真空电子器件中，电子注和电磁波的互作用发生在扩展线性区域内，因此必须通过控制电子注的路径来确保它与电磁波的正确关系。这意味着电子需要形成一个具有近似恒定截面的电子注。通常微波管中使用的电子注的电荷密度足够大，这使得电子会因电子间的相互排斥而快速发散。如果没有任何控制电子的手段，电子就会被管体截获，无法发生互作用，并且引起严重的管体过热问题。