1.3 真空區域劃分
在真空科學技術領域中，目前可使用的壓力范圍是105～10-10Pa，就世界范圍而言，獲得的最高真空度是10-12Pa量級。從105Pa到10-12Pa，跨越十七個數量級。為了技術交流與使用方便，把這樣寬的壓力范圍再劃分幾個真空區域。
國際上通常劃分四個真空區域：低真空、中真空、高真空以及超高真空。我國真空行業標準中，也是劃分四個真空區域，見表1-4。
表1-4 各真空區域壓力范圍
筆者參考國外劃分區域壓力范圍，認為高真空區域最低壓力為10-6Pa，而超高真空壓力范圍為10-6～10-10Pa，增加一個極高真空區域，壓力≤10-10Pa。即
真空區域的劃分主要根據氣體物理特性來確定，這些物理特性包括分子密度、平均自由程、換熱形式、形成單分子層的時間，以及氣體組分等。作者劃分真空區域的見解分述如下。
1.氣體分子密度
空氣單位體積中的氣體分子數，稱為氣體分子密度。分子密度與空間氣體壓力及溫度有關，可用下面公式表示：
（1-3）
式中 n——單位體積氣體中的分子數，個/m3；
p——空間氣體壓力，Pa；
T——空間氣體溫度，K。
由式（1-3）可見，分子密度隨著氣體壓力降低逐漸減小，但在低真空下，分子密度還是比較大。如：真空度為100Pa時，每立方厘米中有3.3×1016個分子。由于分子密度大，與大氣壓下的氣體相比較，其物理性質沒有本質上的區別。
由低真空進入中真空及高真空區域后，由于分子密度的減小，使氣體換熱方式有了顯著的變化。低真空主要是對流換熱；中真空區域是傳導和輻射換熱；高真空及超高真空區是自由分子熱傳導和輻射換熱，傳導換熱已經消失，工程計算上主要考慮輻射換熱。氣體相對熱導率與壓力關系見圖1-3。
圖1-3 氣體相對熱導率與壓力關系
超高真空區域中，即使壓力為10-10Pa時（超高真空區下限），每立方厘米中仍有2.7×104個氣體分子。在這樣稀薄氣體狀態下，氣體分子運動基本上服從麥克斯韋統計分布規律。用壓力表示真空度是有意義的。在極高真空區域中，若真空度為10-12Pa，那么每立方厘米中只有幾百個氣體分子。這時，氣體分子運動不再服從經典的統計規律。從統計物理漲落理論推出，真空度為10-12Pa時，壓力平均相對誤差為5.4%；真空度為10-14Pa時，壓力相對偏差達54%。可見，極高真空區域的這一本質差別，是劃分這兩個真空區域的重要依據。
2.平均自由程
一個氣體分子與其他分子每連續兩次碰撞之間的平均路程，叫平均自由程。平均自由程與壓力、溫度及分子直徑等因素有關。對于室溫下的空氣，λ近似值由下式給出：
（1-4）
式中 λ——平均自由程，m；
p——氣體壓力，Pa。
由式（1-4）可見，平均自由程為隨著真空度升高而增加。在大氣壓下，平均自由程為6.7×10-6cm，也就是說分子大約走十萬分之七毫米，就與一個氣體分子相碰。真空度為0.1Pa時，平均自由程約為6.7cm；真空度為1.0×10-4Pa時，平均自由程達67m。
由于各種真空度下的平均自由程不同，使各真空區域的氣體流動狀態不同。低真空區域（p>100Pa）為湍流；中真空度區域為黏滯流或黏滯-分子流；高真空區域為分子流。
流動狀態不同，使氣體的黏滯性發生了變化，低真空和中真空區域氣體的黏滯性是以分子間互相作用的內摩擦形式表現出來的；高真空區域的氣體分子間沒有內摩擦，而存在著與器壁之間相互作用的外摩擦。
低真空和中真空區域，分子的平均自由程小，氣體分子之間碰撞是主要的；分子與器壁之間的碰撞是次要的。因而，氣體主要存在于空間。真空泵主要抽走空間氣體分子，容易抽走，需要抽氣時間短。
高真空和超高真空區域，分子的平均自由程很大，分子之間幾乎不發生碰撞，氣體分子主要與容器壁碰撞。此時，真空泵主要抽走器壁解吸的分子，抽走這種分子要比抽空間分子難一些。因而，高真空需要的抽氣時間長，超高真空就更長。
3.形成單分子層時間
理想的清潔表面上，覆蓋一層單分子所需要的時間，稱為形成單分子時間。形成單分子時間由下式確定：
（1-5）
其中
（1-5a）
（1-5b）
式中 t——形成單分子層時間，s；
?m——形成單分子層需要的分子數，分子數/cm2；
?——分子入射率，即單位時間入射到單位面積上的分子數，分子數/（cm2·s）；
p——氣體壓力，Pa；
σ——分子直徑，cm；
T——氣體溫度，K；
M——氣體摩爾質量，g/mol。
高真空區域形成單分子層的時間很短，在1×10-4Pa下，為2.2s；而超高真空區域形成單分子層時間較長，在1×10-7Pa下為2200s，約36min。在此真空度下，兩個光滑的干凈表面互相接觸，就會出現超高真空區特有的冷焊現象（即兩個表面粘接在一起）。而高、中、低真空區由于得不到清潔表面，不會出現此現象。
超高真空區域中，可以得到清潔表面的時間長，有足夠長的時間進行表面研究。從此觀點出發，把1×10-7Pa作為高真空與超高真空的分界是恰當的。
4.氣體組分
真空容器中空間的氣體組分是隨著真空度而變化。低真空區域，氣體組分近似于大氣成分；中真空時，氣體組分發生了變化，空氣中氮、氧成分很少了，主要是水蒸氣；高真空時，空間中原有氣體已很少了，主要是器壁放出來的氣體，其中有70%～90%的水蒸氣；超高真空下，被抽氣體主要是氫氣，是從器壁金屬材料內部釋放出來的；而玻璃超高真空系統，主要是氦氣，是從大氣中滲透過來的。