真空|工程真空和自然真空|真空技术的应用

　　真空度是指处于真空状态下的气体稀薄程度。若所测设备内的压强低于大气压强，其压力测量需要真空表。从真空表所读得的数值称真空度。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：真空度=大气压强-压强，压强=大气压+表压(-真空度)。

　　所谓真空度应该是描述一个抽空容器中达到真空程度的量度，而真空在理论上是指抽空容器中气体分子密度低于一个标准大气压下密度的状态。从这个意义上讲，气体分子密度越稀薄，真空度就越高。

　　但是气体分子密度这个物理量不好测、所以人们根据气体分子密度与压强P满足方程P=nkT的原理：在温度不变时，与P成正比。于是就以压强来表述真空度，其单位也就是压强单位。抽空容器中压强高，则气体密度大，真空度就低;反之，压强低则真空度高。

　　在被抽空容器中的气体分子密度为零(即被抽空得一个气体分子也不存在的理想状态)时，就是真空度Z高的极限。这时其压强低到零，称为零压：这就产生了真空度标定的一个基本参照点。

　　真空度的标定实际上也和温标的标定一样，存在一个定标原则，那就是：

　　首先要确定测空物质，是利用U型水银柱，还是利用弹性元件，或者其他具有测空属性的物质。其次就是要确定所选物质某一属性真空度的函数关系。例如U型水银柱高度差与真空度的函数关系，弹性元件的弹性与真空度的函数关系。再有就是要规定定标方法和确定参照点，即零点。

　　目前确定零点的方法有两种：

　　diyi种是以零压作为真空度的基本参照点，称之为零压法。

　　其压强越接近零压，真空度越高，选样标定的真空度总是一个正数，其读数越小，真空度就越高。因为要把密闭的容器抽到一个气体分于也不存在的零压实际上做不到，所以在测量上零压不可达到。现代真空技术，Z高的真空度电只能达到10-17托的极高真空水平。这也和热力学温标以零度作为基准点一样，零压法确定真空度更具有科学性，测空范围更

　　真空介电常数，又称为真空电容率，或称电常数，是一个常见的电磁学物理常数，符号为ε0。在国际单位制里，真空介电常数的数值为:

　　ε0=8.854187817×10-12F/m

　　真空介电常数是物理量在度量时引进的常数(主要是库仑定律中对电荷量的度量)，根据麦克斯韦方程组，可推知真空介电常数与其它物理常数的关系。

　　ε0=1/μ0c02

　　其中，c0是光波传播于真空的光速，μ0是真空磁导率。上式可作为真空介电常数的定义式。

　　真空介电常数虽然是一个度量系统常数，但如它的定义式一样，这个常数与其它常数或物理量是相关的。由于介电常数本身不是一个常量，与介质的性质有关，真空介电常数也应该与真空有关。

　　在宇宙背景下，气压是非常低的，完全满足理想气体的要素，选宇宙空间中任一局域(长方体或圆柱体)为研究对象，理想气体状态方程可写为:

　　PV=NKT

　　式中P是系统的压强，V表示气体的体积，N为气体分子个数，K为玻尔兹曼常数，T为热力学温度。

　　由于F=PS，V=Sl，其中F为作用在气缸两个平行底面的压力，l为气缸长度(即两个平行底面的距离)，则上式可化为:

　　Fl=NKV

　　由于想想气体状态方程是实验结果，因此上式与实验规律直接相关，等式左右两边都具有能量的量纲。上式可解释为整个系统处在一个保守力场之中，单位横截面上的力密度为F/S，为上述两个底面间势能的增量，KT为系统微观粒子的平均动能，NKT为系统的总动能。上式把系统的宏观能量与微观粒子所具有的平均能量联系在一起，值得注意的是:这个解释不同于能量均分定理。

　　对于围绕原子核ZX做圆周运动的电子，该电子从所在的能级电离时，所吸收光子的频率(vn)与电子轨道动能(Ekn)的关系为:hvn=2Ekn。考虑真空背景系统，如果KT解释为微观粒子的平均动能，则2KT为微观粒子的平均机械能，类比hvn=2Ekn，有2KT=hv得:

　　真空是不稳定的，处于高能级上的量子总要向低能级跃迁，这就是真空衰变的本质。

　　1、“真真空”的定义

　　可以从两个方面给“真真空”下定义：

　　(1)从宇宙膨胀的角度考虑，随着宇宙的膨胀，宇宙空间的平均能量密度变小，如果宇宙无限膨胀，那么其中的真空场物质的密度也会趋向0，所以可以定义，“真真空”是：有限真空空间无限膨胀的Z后状态;

　　(2)另一种方法是仿照“真空”概念的定义，首先定义什么是“容器空间”，如果在地球表面设想一个立方体，其中可以包含气体、液体或固体等普通物质，将这些物质从这个立方体中移去，那么剩下的空间就是这些有质物质的容器空间。所以“真空”的定义是：有质物质的容器空间。真空并非一无所有，其中至少存在各种“场物质”，如：宇宙背景辐射、引力场等。所以“真真空”的定义是：真空场物质的容器空间。

　　2、什么是假真空

　　按照暴涨模型，宇宙在大爆炸之后，可能经历过一个超乎想像的急遽加速膨胀的过程。导致这个过程的原因之一就是假真空的形成。

　　宇宙曾经从Z初的奇点，演化出一个性质处处相同的体系。性质处处相同这个特点颇似真空，但与真空不同的是，这个体系的能量密度极大，而真正的真空指的是能量密度处于Z低的基态的状态，因此这个状态称为“假真空”，意思在于它的能量密度大到了均匀得反而类似于真空。

　　假真空带来了一个奇特的效应就是与恒星演化晚期的引力收缩截然相反的“负压力”，所以导致了暴涨过程的发生。后来随着宇宙的膨胀，能量密度逐渐降低，负压逐渐消失，宇宙也就开始进入常规的膨胀时期。而随着量子涨落与玻色子的退耦，假真空的对称性发生破缺，于是形成了Z低能态的真正的真空和Z初的宇宙物质团块，逐渐演化成了现今的宇宙空间与星系物质。

　　3、产生“真真空”的方法

　　“真空”的存在性Z后是通过实验证明的，所以“真真空”的存在性也只能由实验判决。可能产生“真真空”的方法有许多，本文列举

　　真空镀膜技术是气相物理沉积的方法之一，也叫真空电镀。是在真空条件下，用蒸发器加热镀膜材料使之升华，蒸发粒子流直接射向基体，在基体表面沉积形成固体薄膜。

　　真空镀膜的应用广泛，如真空镀铝，在塑料等基体上进行真空镀，再经过不同颜色的染色处理，可以应用于家具、工艺品、灯饰、钟表、玩具、汽车灯具、反光镜及柔软包装材料等产品制造中，装饰效果十分出色。

　　真空镀膜过程简单来说就是电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。

　　但在实际辉光放电直流溅射系统中，自持放电很难在低于1.3Pa的条件下维持，这是因为在这种条件下没有足够的离化碰撞。因此在低于1.3～2.7Pa压强下运行的溅射系统提高离化碰撞就显得尤为重要。提高离化碰撞的方法要么靠额外的电子源来提供，而不是靠阴极发射出来的二次电子;要么就是利用高频放电装置或者施加磁场的方式提高已有电子的离化效率。

　　事实上，真空镀膜中二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，Z终沉积在基片上。

　　真空镀膜就是以磁场束缚而延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不仅仅是基片，真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿，因为一般基片与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用(EXB drift)使单个电子轨迹呈三维螺旋状，而不是仅仅在靶面圆周运动。

　　1、镀覆材