2.2 气体与固体表面的相互作用

在真空技术中，特别是在高真空和超高真空领域，气体分子与固体表面的相互作用成为主导系统行为的关键因素。当气体压力降低到一定程度时，分子与容器壁面的碰撞频率远远超过分子之间的相互碰撞，此时固体表面对气体分子的作用机制直接决定了系统的极限真空、抽气特性以及工艺过程的稳定性。理解这些相互作用的物理本质，对于分子泵的设计、真空系统的优化以及工艺过程的控制都具有至关重要的意义。

2.2.1 气体分子与表面相互作用的基本类型

气体分子与固体表面的相互作用可以分为多种类型，每种类型都有其独特的物理机制和特征时间尺度。这些相互作用共同决定了气体在真空系统中的行为特征。

弹性碰撞过程
弹性碰撞是最基本的相互作用形式，在此过程中，气体分子与表面原子发生动量交换，但分子的内能状态不发生改变。根据表面粗糙度和相互作用的细节，弹性碰撞又可以进一步分为镜面反射和漫反射两种理想情况。

在镜面反射中，入射分子相对于表面法线的反射角等于入射角，且速度大小保持不变，满足：
θi=θr,vi=vr\theta_i = \theta_r, \quad v_i = v_r