實驗裝置需要初步設計嗎

㈠ 如何進行精細化工新產品的開發

精細化學品的研發一般要分為三個部門，共同協作，完成產品最終的工業化定型：實驗室小試→中試→工業化放大，對應三個部門分別是合成部→中試部→工程部。

1、化學實驗室小試：化學實驗室是提供化學實驗條件及其進行科學探究的重要場所，實驗室小試主要研究化學反應的本質。其內有大量的儀器：鐵架台、石棉網、酒精燈等實驗工具，以及加氫、加壓釜等成套的實驗室設備。化學實驗室小試處於整個項目的最前端，是後續工作開展的先決條件，實驗室小試允許失敗，需經過無數次的化學實驗，解決了化學反應、分離過程和所涉及物料的分析認定，拿出合格試樣，且收率等經濟技術指標達到預期要求，同時驗證各項工藝參數和技術指標，為後續的中試實驗提供更為詳實的參數。

2、中試，中試過程要解決的問題是：如何釆用工業手段、設備、工藝管道，將小試的全流程打通，並基本達到小試的各項經濟技術指標，規模也比小試擴大很多倍，中試過程也會有創新、發明的內容。

小試中可以將一種物料從一個容器定量的移入另一器皿，往往是用手操作；但在中試中就要解決選用何種類型、何種規格、何種材質的泵，採用何種計量方式，以及所涉及的安全、環保、防腐、設備選型選材等一系列問題；這難度稍微偏大一些了，有時要解決此類問題也頗令人傷腦筋，甚至很難達到滿意的結果，更甚者依據現有的技術條件根本就無法實現中試，這就是為什麼很多科研成果很多年了依然躺在實驗室里，沒有任何價值可言。

中試就是要解決諸如此類的釆用工業裝置與手段過程中所碰到的問題；不僅要保證小試中非常注意的物料衡算和水平衡，也包括小試中不大在意的熱量衡算問題，為進一步實現工業化放大，實現真正工業意義的經濟規模的大生產提供可靠的流程手段及數據基礎 。

3、工業化放大：完成中試之後，工藝路線已經基本確定，各項工藝數據趨於穩定，產品合格率基本達標；此時進一步放大，即我們所說的工業化放大。在此階段的難度和復雜程度更大了，涉及的廣度更廣了。工業化放大技術人員不僅需要有豐富現場經驗、熟知各種設備的選型選材、還要有非常高的理論水平、還要有設計繪圖的能力和對可預見問題的快速洞見能力、要做到科學理論和生產實踐經驗的無縫對接。有如下步驟：

（1）工藝路線的最終確定

（2）Aspen模擬與PFD圖紙

（3）設備的選型與選材：選擇最適宜的工業反應器型式或稱選型。選型過程包括對多種因素的綜合考慮。例如，所能達到的指標、設備投資、能耗和操作費用、設備製造和材料、環保和安全性、操作和控制以及人員素質等。

（4）關鍵設備的選型：如反應器採用何種型式為好，對傳熱、反應溫度控制、催化劑壽命、中毒、再生，通過中試要搞清。另外特殊的如乾燥型式，特別是漿料，應由試驗選定設備。又如過濾，看似簡單而實際不同物料的過濾機型式選擇，濾布選擇，也應由試驗確定，避免工程返工。

（4）廢水、廢氣採用何種處理方式，以期達到達標排放；

（5）出具化工工藝包文件：包含但不限於PID圖、物料平衡圖、平面布置圖、立面布置圖、設備數據表、邏輯控制圖等等。

（6）與設備廠家對接，由於不同廠家的設備條件不同，故在初步設計階段（工藝包設計階段），需要確定關鍵核心設備的廠家。

（7）將工藝包提交給設計院，與設計院對接，進行施工藍圖的設計。

㈡ 化驗室通風櫃的設計要求是什麼

通風櫃的主要功能

通風櫃的功能中最主要的是排氣功能，在化學實驗室中，實驗操作時會產生各種有害氣體、臭氣、濕氣以及易燃、易爆、腐蝕性物質，為了保護使用者的安全，防止實驗中的污染物質向實驗室擴散，在污染源附近要使用通風櫃，以往通風櫃使用台數較少，只在特別有害且危險的氣體及產生大量熱的實驗中使用。通風櫃只擔負實驗台的輔助功能。近年來考慮到改善實驗環境，在實驗台上進行的實驗逐漸轉移到通風櫃內，這就要求在通風櫃里要有最適於設備使用的功能。特別是大多新建的實驗室都要求有空調，因此在建築的初步設計階段就要將通風櫃的使用台數納入空調系統的計劃。由於通風櫃在生化實驗室中佔有非常重要的位置，從改善實驗室環境、改善勞動衛生條件，提高工作效率等方面考慮，通風櫃的使用台數飛快地增加，隨之而來的是通風管道、配管、配線、排風等都成為實驗室建設的重要課題。

使用通風櫃的最大目的是排出實驗中產生的有害氣體，保護實驗人員的健康，也就是說要有高度的安全性和優越的操作性，這就要求通風櫃應具有如下功能：

（1） 釋放功能：應具備將通風櫃內部產生的有害氣體用吸收櫃外氣體的方式，使其稀釋後排出室外的功能。

（2） 不倒流功能：應具有抑制有害氣體從通風櫃內部反向流進室內的功能。為確保這一功能的實現，一台通風櫃與一台通風機用單一管道連接是最好的方法，不能用單一管道連接的，也只限於同層同一房間的可並連，通風機盡可能安裝在管道的末端（或層頂處）。

（3） 隔離功能：在通風櫃前面應用不滑動的玻璃視窗將通風櫃內外進行分隔。

（4） 補充功能：應具有在排出有害氣體時，從通風櫃外吸入空氣的通道或替代裝置。

（5） 控制風速功能：為防止通風櫃內有害氣體逸出，需要有一定的吸入速度。決定通風櫃進風的吸入速度的要素有：實驗內容產生的熱量及與換氣次數的關系。其中主要的是實驗內容和有害物的性質。通常規定，一般無毒的污染物為0．25～0．38m／s，有毒或有危險的有害物為0．4～0．5m／s，劇毒或有少量放射性為0．5～0．6m／s�氣狀物為0．5m／s�粒狀物為1m／s。為了確保這樣的風速�排風機應有必要的靜壓�即空氣通過通風管道時的摩擦阻力。確定風速時還必須注意噪音問題�通過空氣在管道內流動時以7～10m為限�超過10m將產生噪音�通常實驗室的�室內背景雜訊級雜訊限制值為70dBA�增加管道截面積會降低風速�也就降低噪音�考慮到管道的經費和施工問題�必須慎重選擇管道及排風機的功率。

（6） 耐熱及耐酸鹼腐蝕功能：通風櫃內有的要安置電爐，有的實驗產生大量酸鹼等有毒有害氣體具有極強的腐蝕性。通風櫃的檯面，襯板、側板及選用的水咀、氣咀等都應具有防腐功能。在半導體行業或腐蝕性實驗中使用硫酸、硝酸、氫氟酸等強酸的場合還要求通風櫃的整體材料必須防酸鹼，須採用不銹鋼或PVC材料製造。

通風櫃的類別

通風櫃按照排風方式分類：分為上部排風式、下部排風式和上下同時排風式三類。為保證工作區風速均勻，對於冷過程的通風櫃應採用下部排風式，對於熱過程的通風櫃採用上部排風式，對於發熱量不穩定的過程，可在上下均設排風口隨櫃內發熱量的變化調節上下排風量的比例，從而得到均勻的風速。

通風櫃按照進風方式分類也分三類。通過室內進風在櫃內循環後排出室外稱為全排風式，這是應用非常廣泛的一種類型。

當通風櫃設置於採暖或對溫濕度有控制要求房間時，為節省採暖，空調能耗，採用從室外取補給風在櫃內循環後排出室外的方式稱為補風式通風櫃。

再一種就是變風量控制式的通風櫃。普通的定風量系統需要人工調整固定葉片的風閥，調節通風櫃的排風量，當調節閥門到某一角度時達到希望的面風速。變風量控制是通過調節閥門的感測器改變風量達到給定的面風速，當然標準式成本低，變風量成本高，適用於要求精度高的場合。

通風櫃按照使用狀態分類可分為整體式、下部開放式、落地式、兩面式、三面玻璃式、桌上式、連體式以及根據不同實驗使用需要而設計的對放射性實驗、合成實驗、過氯酸實驗的專用通風櫃。

通風櫃的安全性

安全性是通風櫃追求的最大使命，實驗室使用通風櫃就是要保證使用者的安全及防止對周圍環境的污染。

大連賽博斯特實驗室裝備有限公司是國內較早開發生產通風櫃的專業公司之一，太極傲飛公司積多年的經驗與實踐，結合國內外同類產品的特點逐步形成了以通風櫃技術為中心的實驗室設備的研製力量。太極傲飛的通風櫃在追求性能和功能的同時，極大地考慮其安全性。這些安全性主要體現在：

1、 採用獨縫式排風結構，有效地排出有害氣體。

2、 流線形手把，手把與玻璃之間留有空隙，由於空氣在檯面上的流動是旋轉的，從而保證有效地的進氣。

3、 設置視窗防落銷，萬一鋼絲繩脫落玻璃視窗意外落下，有了防落銷就會接住，防止碰傷人員。

4、 玻璃視窗採用鋼化玻璃，即使玻璃意外撞壞或爆炸，不會出現傷人意外。

5、 通風櫃上部設置通風孔，即使玻璃視窗關閉也能進入空氣，避免產生更大負壓。

6、 通風櫃殼體選用金屬材料，防火不燃。內腔選用抗倍特板，不銹鋼板等阻燃或不燃材料，檯面選用實芯理化板或不銹鋼板防酸鹼、耐熱、阻燃。

7、 玻璃視窗有效高度800mm，內腔1200mm，檯面高度800mm，符合人體工程學，便於操作，使用空間大，提高安全性。

8、 水咀、氣咀在櫃外設遠距離操作手把，比直接用手操作更方便安全。

通風櫃在使用時也必須注意安全

◆在實驗開始以前，必須確認通風櫃應該處於運行狀態，才能進行實驗操作。

◆實驗結束前至少還要繼續運行5分鍾以上才可關閉通風機，以排出管道內的殘留氣體。也可考慮安裝排風時間延時器，確保通風機延遲運行。

◆ 實驗時，在距玻璃視窗150mm內不要放任何設備，大型實驗設備要有充足的空間，不應影響空氣的流動，前面視窗盡量要關閉使用。

通風櫃的選擇

在實驗室建設時，選擇通風櫃以及確定通風櫃的安裝位置，需要根據實驗內容來選擇通風櫃的類型，材質、形狀等，通常要考慮下列內容：

使用的葯品：當使用有機物或其他特殊試劑實驗時，要充分考慮其控制風速。熱源：當使用帶熱源的設備時，其熱量超過2000大卡／小時時要考慮排出熱量所需的通風量從而確定通風機的功率。

有放射性物質或過氯酸等實驗時：要選用專用的通風櫃，其進風風速必須設定大於0．5m／s。

使用大型設備進行實驗時：要考慮內部的有效尺寸，為排風留出必要的空間。

材質：在使用特殊酸類實驗時，要考慮通風櫃的材質，例如半導體行業，腐蝕行業等必須要用防腐蝕的材料製造。

外形尺寸：根據實驗內容選擇其外形尺寸，體積太大造成浪費，過小影響使用。

環境保護：排出的有害氣體必須確保低於國家環保要求，如果超過國家衛生標准，應安裝相應的凈化裝置。

節省能源：盡量考慮節省能源，在有採暖或空調房間內應採用補風形通風櫃或選擇帶風量控制的通風櫃。在選擇通風機時，也要根據需要確定其功率，不宜盲目增大排風量和壓力，可採用變頻器或變風速風機來降低電耗。

通風櫃安裝位置上應該避免面向道路及人員通過頻繁的場地，避免堵塞窗戶及通風採光不利的地方，避免遮擋出入口影響門開關的地方，避免對置或放置在拐角牆壁處。在現代化的研究實驗室里，先進的科學儀器，完善的實驗設備，良好的實驗環境是提升科技水平，促進科研成果的必要條件。以人為本，確保安全，提高效率是實驗室建設的最大使命。通風櫃作為生化實驗室里重要的實驗設施有舉足輕重的作用，因此必須認真的選擇滿足各項技術指標的通風櫃。單位片面壓低造價而安裝的通風櫃，如果造成危害，其後果不堪設想，通風櫃的功能性與安全性，應該引起人們足夠的重視。

㈢ 什麼是空塔速度

空塔速度即空速，空速是指單位時間里通過單位催化劑的原料的量，它反映了裝置的處理能力。空速有兩種表達形式，一種是體積空速，另一種是質量空速。空塔速度即空速，指反應器每小時的進料體積與催化劑（cat）的體積的比值。單位是LHSV/h空塔速度;表觀速度;superfical velocity又稱表觀速度。在精餾、吸收等操作中所應用的板式塔或填料塔，當計算通過塔內的流體速度時，不考慮塔內裝入的物件，按空塔計算流體通過塔的平均流速，以流體的流量被塔的總截面積除而得到的數值。空速是指單位時間里通過單位催化劑的原料的量，它反映了裝置的處理能力。空速有兩種表達形式，一種是體積空速，另一種是質量空速。

體積空速=原料體積流量（20℃，m3.h-1）/催化劑體積（m3）

質量空速=原料質量流量（㎏.h-1）/催化劑質量（kg）

時間一般以小時為單位，當反應物和催化劑的量以質量為單位時，稱為重時空速(Weight hourly space velocity ，WHSV)，而以體積為單位時，稱為體積空速。

體積空速又可分為兩種情況：如果反應物為氣體，可用氣體空速(Gas hourly space velocity，GHSV)(注意此時氣體體積是標准狀態下的體積)；如果反應物為液體，則可用液時空速(Liquid hourly space velocity，LHSV)。空速可以只針對一種反應物而言，也可以針對全部反應物而言，既可以用重時空速衡量也可以用體積空速衡量。例如只要反應物為液相，不管實際反應條件下是否以液相存在， 均可用液時空速表示，若反應物之一為液相，而另一不為液相，同樣可以前者的體積來計算液時空速。 只要宏觀量的測量准確，空速就是准確的，沒有什麼特別的測量要求。反應器空速：規定的條件下，單位時間單位體積催化劑處理的氣體量，單位為m3/(m3催化劑·h)，可簡化為時間h-1。反應器中催化劑的裝填數量的多少取決於設計原料的數量和質量以及所要求達到的轉化率。通常將催化劑數量和應處理原料數量進行關聯的參數是液體時空速度。

㈣ 國際熱核聚變實驗堆計劃的發展歷程

由於聚變能的研究不僅關繫到最終解決人類能源問題，而且還涉及眾多最先進且非常敏感的技術，因此，ITER計劃的形成除與科學技術本身的發展有關外，還始終與主要大國在政治和外交方面的考慮分不開。本文將主要從科學和技術角度作一些分析和說明。
1985年，作為結束冷戰的標志性行動之一，前蘇聯領導人戈爾巴喬夫和美國總統里根在日內瓦峰會上倡議，由美、蘇、歐、日共同啟動國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃。ITER計劃的目標是要建造一個可自持燃燒（即點火）的托可馬克核聚變實驗堆，以便對未來聚變示範堆及商用聚變堆的物理和工程問題做深入探索。
最初，該計劃僅確定由美、俄、歐、日四方參加，獨立於聯合國原子能委員會（IAEA）之外，總部分設美、日、歐三處。由於當時的科學和技術條件還不成熟，四方科技人員於1996年提出的ITER初步設計很不合理，要求投資上百億美元。1998年，美國出於政治原因及國內紛爭，以加強基礎研究為名，宣布退出ITER計劃。歐、日、俄三方則繼續堅持合作，並基於上世紀90年代核聚變研究及其他高新技術的新發展，大幅度修改實驗堆的設計。2001年，歐、日、俄聯合工作組完成了ITER裝置新的工程設計（EDA）及主要部件的研製，預計建造費用為50億美元（1998年價），建造期8至10年，運行期20年。其後，三方分別組織了獨立的審查，都認為設計合理，基本上可以接受。
2002年，歐、日、俄三方以EDA為基礎開始協商ITER計劃的國際協議及相應國際組織的建立，並表示歡迎中國與美國參加ITER計劃。中國於2003年1月初正式宣布參加協商，其後美國在1月末由布希總統特別宣布重新參加ITER計劃，韓國在2005年被接受參加ITER計劃協商。以上六方於2005年6月簽訂協議，一致同意把ITER建在法國核技術研究中心Cadarache，從而結束了激烈的選址大戰。印度於2006年加入ITER協商。最終，七個成員國政府於2006年5月25日草簽了建設ITER的國際協定。目前國際組織正在組建，總幹事和副總幹事人選已確定。還有一些國家也正在考慮參加ITER計劃。
在ITER建設總投資的50億美元（1998年值）中，歐盟貢獻46%，美、日、俄、中、韓、印各貢獻約9%。根據協議，中國貢獻中的70%以上由我國製造所約定的ITER部件折算，10%由我國派出所需合格人員折算，需支付國際組織的外匯不到20%。
作為聚變能實驗堆，ITER要把上億度、由氘氚組成的高溫等離子體約束在體積達837立方米的磁籠中，產生50萬千瓦的聚變功率，持續時間達500秒。50萬千瓦熱功率已經相當於一個小型熱電站的水平。這將是人類第一次在地球上獲得持續的、有大量核聚變反應的高溫等離子體，產生接近電站規模的受控聚變能。
在ITER上開展的研究工作將揭示這種帶有氘氚核聚變反應的高溫等離子體的特性，探索它的約束、加熱和能量損失機制，等離子體邊界的行為以及最佳的控制條件，從而為今後建設商用的核聚變反應堆奠定堅實的科學基礎。對ITER裝置工程整體及各部件在50萬千瓦聚變功率長時間持續過程中產生的變化及可能出現問題的研究，不僅將驗證受控熱核聚變能的工程可行性，而且還將對今後如何設計和建造聚變反應堆提供必不可少的信息。
ITER的建設、運行和實驗研究是人類發展聚變能的必要一步，有可能直接決定真正聚變示範電站（DEMO）的設計和建設，並進而促進商用聚變電站的更快實現。
ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導托克馬克。其裝置中心是高溫氘氚等離子體環，其中存在15兆安的等離子體電流，核聚變反應功率達50萬千瓦，每秒釋放多達1020個高能中子。等離子體環在屏蔽包層的環型包套中，屏蔽包層將吸收50萬千瓦熱功率及核聚變反應所產生的所有中子。
在包層外是巨大的環形真空室。在下側有偏慮器與真空室相連，可排出核反應後的廢氣。真空室穿在16個大型超導環向場線圈（即縱場線圈）中。
環向超導磁體將產生5.3特斯拉的環向強磁場，是裝置的關鍵部件之一，價值超過12億美元。
穿過環的中心是一個巨大的超導線圈筒（中心螺管），在環向場線圈外側還布有六個大型環向超導線圈，即極向場線圈。中心螺管和極向場線圈的作用是產生等離子體電流和控制等離子體位形。
上述系統整個被罩於一個大杜瓦中，坐落於底座上，構成實驗堆本體。
在本體外分布4個10兆瓦的強流粒子加速器，10兆瓦的穩態毫米電磁波系統，20兆瓦的射頻波系統及數十種先進的等離子體診斷測量系統。
整個體系還包括：大型供電系統、大型氚工廠、大型供水（包括去離子水）系統、大型高真空系統、大型液氮、液氦低溫系統等。
ITER本體內所有可能的調整和維修都是通過遠程式控制制的機器人或機器手完成。
ITER裝置不僅反映了國際聚變能研究的最新成果，而且綜合了當今世界各領域的一些頂尖技術，如：大型超導磁體技術，中能高流強加速器技術，連續、大功率毫米波技術，復雜的遠程式控制制技術等等。
2013年9月25日（北京時間）消息，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室報告稱，世界最大激光器、被稱為「人造太陽」的美國國家點火裝置（NIF）正距離其目標越來越近，顯示了一個可持續核聚變反應裝置正在由夢想逐步成為現實。不過在設施達到高度穩定前，目前仍有一個顯著障礙有待克服 。

㈤ 超導托卡馬克的「HT-7U超導托卡馬克裝置建設」介紹

HT- 7U超導托卡馬克以其具有低溫超導的縱場磁體系統和極向場超導磁體系統而受到國內外聚變界的廣泛關注。我們等離子體物理研究所的全體員工為我們所能承擔這樣一個國家級的重大科學研究工程項目而感到無比榮幸，為使我所廣大科研人員特別是未能直接承擔這個科研任務的同志們能較為全面的了解該科研項目的情況，進而也為完成該項目獻計獻策，特在此簡要介紹有關該項目的立項、預研、設計等情況。我們非常歡迎所內外的廣大科研人員都來關心、關注HT-7U工程項目的設計和建造，為順利完成這一重大科學工程項目而努力。 近年來，我國的核聚變研究伴隨著全面改革開放和國家的綜合國力的增強從而對科學技術研究及教育投入的逐步增加而得到長足的發展，多年來陸續建成的一批核聚變實驗研究裝置都取得了極好的實驗研究成果。其中建在我所的HT-7超導托卡馬克尤其以其具有低溫超導縱場磁體系統而倍受國內外聚變界的關注。為了更進一步發展、推進我國的聚變科學研究事業，探索非圓、大拉長截面、穩態的等離子體實驗控制技術，更深入研究全低溫超導托卡馬克實驗裝置的設計、建造和實驗技術，從而全面掌握托卡馬克類核聚變實驗裝置各種技術，我所在HT-7投入運行並取得良好實驗結果的同時，適時提出建造HT-7的升級裝置「HT-7U全超導托卡馬克裝置」的計劃。所謂全超導意為構成托卡馬克裝置的全部縱場系統和極向場系統都採用低溫超導磁體組成。這個計劃得到了世界聚變科學研究專家們的極大支持，我所為該計劃的順利實現作了大量的先期預研和設計計算工作。
下面簡要回顧一下HT-7U全超導托卡馬克裝置的立項歷程：
1993年10月，以歐共體聚變部名譽主任帕侖布教授為首的來自國際上各大核聚變實驗室的12位著名聚變科學家，對我所當時正在建設的HT-7超導托卡馬克裝置和中國科學院等離子體所的聚變研究發展戰略進行了評議。這是我所第一次提出分三階段實施聚變科學研究的計劃。
1994年底，科學院基礎局邀請了6位兩院院士和8位專家在合肥召開了「HT-7U超導托卡馬克計劃座談會」，這是HT-7U計劃首次較正式提出。
1996年初，部分兩院院士在京西賓館對「九五」國家重大科學工程項目進行初步評估，HT-7U裝置建設第一次得到國家級專家的贊同並被列入前十位項目中。
1997年6月，國家科技領導小組批准中國科學院關於「HT-7U大科學工程項目立項」的申請，該項目正式進入國家重大科學工程項目的立項操作程序。
1997年10月，由國家計委委託中國科學院主持召開「HT-7U工程項目建議書專家評估會」；該項目的建設方案和計劃獲得與會專家的好評。
1998年4月，正式通過國家計劃發展委員會委託中國國際工程咨詢公司主持召開的「HT-7U工程項目建議書專家評估會」的評估論證，這表明該項目的科學目標和技術參數及方案都得到專家們的贊許。
1998年7月，國家發展計劃委員會正式批復「HT-7U工程項目建議書」（批文中同意「由中科院等離子體所承擔建設」，「具有超導縱場和極向場線圈，具有D形非圓截面，包括托卡馬克、低溫致冷等9個子系統」。批文規定「在2003年6月完成建設工作並進行鑒定驗收。項目總投資控制在1.65億元」）
1998年10月，HT-7U工程項目可行性研究報告在北京獲得中國科學院基建局主持的專家評估會一致通過，至此，該項目的設計方案和工程經費基本確定，國家發展計劃委員會和財政部依此撥出專項經費。 受控熱核聚變的實驗和研究，經過50多年核聚變界科學家們的不懈努力，終於在常規Tokamak類型的裝置上取得了突破性的進展。但是按照常規托卡馬克裝置建堆，不僅體積大、效率低，而且是脈沖運行。但是，一個經濟實用的商用堆必須是高效、緊湊和穩態運行的。超導托卡馬克正是在這一點有著極大的優勢，即可以穩態運行。如果在超導托卡馬克上實現了穩態運行又在穩態運行條件下大大改善了約束，則將為未來穩態、先進聚變反應堆奠定工程技術和物理基礎，意義十分重大。
HT-7U不僅是一個全超導托卡馬克而且具有會改善等離子體約束狀況的大拉長非圓截面的等離子體位形，它的建成將使我國在2003年左右成為世界上少數幾個擁有這種類型超導托卡馬克裝置的國家，從而使我國磁約束核聚變研究進入世界前沿。在裝置建成後的10~15年期間，能在裝置上對建造穩態先進的托卡馬克核聚變堆的前沿性物理問題開展探索性的實驗研究。HT- 7U的建成將使中國在人類開發清潔而又無限的核聚變能的領域內做出自己應有的重大貢獻。因此，HT-7U的建造具有十分重大的科學意義。
本項國家級重大科學工程的主要工程目標是必須建設：
可穩態運行的超導托卡馬克HT-7U裝置主機，該實驗裝置應達到如下主要設計參數：
超導縱場場強BT = 3.5T
等離子體大半徑R = 1.78m
等離子體小半徑a = 0.4m
等離子體拉長比K = b/a = 1.6 ~ 2
加熱場最大磁通變化能力△Φ = (8-10)V-S
等離子體電流IP = 1 MA
可穩態運行的低混雜波驅動等離子體電流系統（LHCD），該系統主要工程參數應達到：
總 功 率 P = 3.5 MW
工作頻率 f0 = 2.45 GHz，3.7 GHz
可連續運行的離子迴旋波加熱系統(ECRF)，該系統主要工程參數應達到：
總 功 率 P = 3 ~ 3.5 MW
工作頻率 f0 = 30 ~ 110 MHz
可保證HT-7U基本運行和實驗的其它工程系統：如低溫、診斷、電源、真空、計算機控制、數據採集和處理、水冷系統等，這些子系統的也都毫無疑問必須滿足HT- 7U超導托卡馬克裝置穩態運行的要求。
HT-7U不是一個聚變堆，它是針對目前建造托卡馬克核聚變堆尚存在的前沿性物理問題，進行探索性的實驗研究，為未來穩態、安全、高效的先進商業聚變堆提供物理和工程技術基礎。 HT-7U項目的最高管理機構是由中國科學院任命的「HT- 7U項目管理委員會」，中國科學院副院長白春禮任管委會主任，安徽省常務副省長汪洋任副主任，組成人員有中國科學院秘書長竺玄、副秘書長錢文藻、計財局長顧文琪、基建局長薛鍾靈、基礎局長金鐸和合肥分院院長王紹虎以及國家發展計劃委員會一人、科學技術部一人。
HT-7U項目完全按照國家基建項目實施總經理負責制的組織管理，中國科學院任命的工程指揮部組成人員如下：
萬元熙為項目總經理（項目法人），翁佩德、謝紀康、李建剛任副總經理，
翁佩德兼任總工程師；
王孔嘉任總經濟師；
高大明任總工藝師。
中國科學院還任命了HT-7U項目科技委員會的組成人員，趙仁愷院士任科技委員會主任，徐至展院士、嚴陸光院士和石秉仁研究員任任副主任，組成人員有阮可強院士、賀賢土院士、趙凱華教授、余昌旋教授、舒炎泰教授、陸全康教授和我所的邱勵儉研究員。
為便於切實抓緊、抓好HT-7U項目的建設工作和有關改項目的各項管理工作，所領導決定：
1、設立HT-7U項目總經理辦公會來協調、決定有關HT-7U項目的重大管理方面的決策；
2、成立HT-7U工程總體組(副總工程師、副總工藝師、副總經濟師等組成）；任命了各分項技術負責人，設立由以上人員組成的總工程師辦公會議來研究、解決HT-7U工程建設中的有關設計方案和實施方案方面的重要技術問題；還設立了依邱勵儉為首王紹華、季幼章、許家治等參加的工程顧問組。
工程總體組及各分項技術負責人如下：
副總工程師： 武松濤（主機設計)
畢延芳(低溫系統、超導導體)
高秉鈞 (超導實驗)
李建剛（第一壁及真空系統）
劉正之（電源及控制）
副總工藝師： 王永誠、 孫世洪
副總經濟師： 黃貴、 薑桂萍
總控制、數采及處理系統 羅家融
真空抽充氣及加料、第一壁處理等 辜學茂
水冷系統（包括去離子水冷卻系統） 張祥勤
電網設計及供電系統 孫世洪、周士國
診斷系統 萬寶年
基建（包括冷、暖） 孫世洪
環保分析及安全監控 吳宜燦
LHCD系統 匡光力
ICRH系統 趙燕平
ECRH系統 劉保華
我所目前已介入HT-7U項目建設工作的科研人員大約有近200人，主要有一室和三室的全部人員，二室、五室、六室、七室、八室、十室、十一室、技術中心和研製中心以及管理部門的部分人員。
目前，HT-7U項目的所有設計人員都實行嚴格的崗位責任制，發放崗績津貼，全所上下都對於HT-7U項目的設計和研製傾注了滿腔熱情，提供了各方面的支持。 在所領導和HT-7U工程指揮部的強有力的領導下，在所有參加HT-7U項目的設計和預研工作的同志們的共同努力下（其中也包括有所外的有關工廠和研究部門的大力協作），HT-7U項目的工程設計和預研已經取得了多方面的進展，我們在此簡要介紹如下：
1、HT-7U裝置超導磁體所使用的CICC超導導體的研製取得了重大進展，裝置設計室在合肥電纜廠和西北有色金屬研究院等工業部門的協作下，順利研製出一根長度為200米的模擬CICC導體和兩根總長為600米的全尺寸CICC超導導體，這是我國第一次研製出大電流的低溫超導導體，繼以上的包管焊管製造CICC超導導體後，裝置設計室又在合肥電纜廠和所研製中心的協作下，順利研製出穿管製作的CICC超導導體，這為降低CICC超導導體的造價和減小製造的技術難度起到了決定性的作用。
2、所研製中心已經成功地研製出專用於HT- 7U裝置CICC超導導體繞制的繞線機，並且已經使用該繞線機和模擬CICC導體繞制出2:3尺寸的D形縱場模擬雙餅工藝試驗磁體，這標志著我所研製中心具備了繞制具有較高精度的復雜D形磁體的加工能力。
3、裝置主機設計方案初步完成，其中超導縱場系統已經按兩種超導導體的方案進行了技術方案設計，即基於採用美國SSC電纜的浸泡式超導磁體方案和基於CICC導體的迫流內冷超導磁體方案；極向場電磁參數特別是加熱場參數的優化設計計算取得了比較好的設計計算結果；真空室、內外冷屏、外真空室以及裝置的支撐結構等方案也已初步確定，現正在進行有關的工程設計和工藝技術方面的調研、討論。
4、裝置設計室完成極向場中心螺管模擬線圈的設計，目前正在所研製中心利用自行研製的兩根總長為600米的CICC超導導體進行繞制，這將是我國的第一個大電流低溫超導磁體。
在進行並完成以上工作的同時，為確保HT-7U裝置設計既具有參數先進又穩妥可靠，有選擇地將有關的設計工作作為國際合作項目徵求國外專家的意見，其中對於裝置的總體設計參數和裝置的工程方案設計已經召開了有世界核聚變領域的著名專家參加的國際討論會。與有著豐富超導托卡馬克設計製造經驗的俄羅斯庫爾恰托夫研究院核聚變所和葉夫列莫夫所開展了較為廣泛的合作，對有關的設計計算參數、電磁場分析計算、等離子體的平衡位形設計計算、傳熱和超導移能等進行了分析校核。關於裝置的極向場物理設計和等離子體平衡位形的設計計算方面還與美國GA開展了合作，用美國的程序對HT-7U的設計計算進行了進一步的校核。
目前，除各子系統都在進行緊張的擴大初步設計外，有關的研製工作也在緊張進行中。主要有：
1、通過國際合作，對已經研製出的CICC超導導體進行超導性能方面的綜合測試試驗，以便為CICC超導導體的最終設計提高必要的數據，也為我們自己建立超導導體、超導磁體測試實驗室提供借鑒和經驗。該項工作今年必須完成。
2、裝置設計室完成了低溫超導試驗所必需的試驗大杜瓦的設計，目前正在進行加工製造的詢標、議標工作，今年力爭基本完成加工並進行組裝調試。
3、中心螺管模型磁體必須完成繞制、絕緣處理等全部製造工序，裝置設計室完成的大電流的CICC超導導體的接頭的研製必須在上半年完成，以便確定模型磁體所採用的超導導體接頭形式。
4、單根長度達600米的CICC超導導體穿管生產線今年完成建造，進行試制生產。
全部的裝置設計資料、參考資料、設計計算報告等技術資料都已經在總師辦歸檔保存，已經可以從網路上查閱資料名稱，也可以很方便地去總師辦借閱。有關項目的文件和技術合同、合作協議類資料在項目辦公室保存。 承擔「HT-7U超導托卡馬克裝置建設」項目是對我所的核聚變實驗裝置工程設計能力和技術加工能力以及超導托卡馬克裝置運行實驗的檢驗和挑戰，應該看到盡管我所有著一定的托卡馬克設計、製造、運行和控制的經驗，但對於HT-7U超導托卡馬克裝置這樣的全超導托卡馬克裝置，非但是我們所，即便是世界上的核聚變大國(美國、西歐、日本、法國、俄羅斯等)，也都未曾有這樣的經歷和經驗，所以，可以毫不誇張地說HT-7U超導托卡馬克裝置的建成之日，也一定是我國進入世界核聚變研究大國的行列之日。
正因為如此，HT-7U超導托卡馬克裝置的設計建造以及實驗運行是必然的給我們帶來了巨大的挑戰，我們必須對此有一個清醒的認識。其中最為核心的具有挑戰性的工程技術方面的難點有：
HT-7U裝置所使用的CICC超導導體的設計、研製和試驗測試技術；
較大電流變化、較高磁場變化的超導極向場磁體的設計、製造和試驗測試及實驗運行技術；
非圓、大拉長截面、穩態的等離子體控制技術；
從HT-7U超導托卡馬克裝置建設的立項可以看出，我國的核聚變科學研究工作已經得到國家的大力支持，該項科學研究已經有著廣泛的國際合作的基礎。隨著我國綜合國力的提高，相信國家對聚變研究的支持強度肯定會不斷增加，在此基礎上，中國開發聚變能的研究一定會進入世界先進行列並為人類社會的可持續發展做出重大貢獻。
努力做好我們的工作，把HT-7U裝置早日建成，為把我國建成科技強國而奮斗,為我國的技術進步而努力。 ：
課題號
課題名
負責人
U1010000
主機設計
武松濤
U1020000
低溫系統
畢延芳
U1030000
電源系統
劉正之
U1040000
真空系統
辜學茂
U1050000
超導實驗
高秉鈞
U1060000
第一壁材料
李建剛
U1070000
環保與防護
吳宜燦
U2010000
物理設計
虞清泉
U2020000
低混雜波
匡光力
U2030000
離子迴旋波
趙燕平
U2040000
數采
羅家融
U2050000
控制
羅家融
U2060000
診斷
萬寶年
U2070000
電子迴旋波
劉保華
U3010000
高大明
U3020000
孫世洪
U3030000
孫世洪
U3040000
水冷系統
張祥勤
U3050000
高大明
U3060000
高大明
U4010000
王孔嘉
U4020000
王孔嘉
U4030000
翁佩德
U4040000
王孔嘉
U4050000
王孔嘉
U4060000
高大明
U4070000
王孔嘉

㈥ 原子層沉積的研究

原子層沉積（ALD）的自限制性和互補性致使該技術對薄膜的成份和厚度具有出色的控制能力，所制備的薄膜保形性好、純度高且均勻，因而引起了人們廣泛的關注。原子尺度上的ALD過程模擬對深入了解沉積機理，改進和優化薄膜生長工藝，提高薄膜質量，改善薄膜性質具有重要意義。在深入了解ALD的工藝特點及工藝過程後，針對H-Si（100）表面上沉積Al<,2>O<,3>；的ALD過程的模擬進行了多方面的探索研究，並取得了一些創新性結果。
1）提出ALD過程通常存在初始沉積和後續生長兩個不同的沉積階段，薄膜的生長模式分別表現為島狀生長和層狀生長，其中初始沉積階段對薄膜形態有著不可忽略的影響。
2）以Al<,2>O<,3>；的ALD過程為參考，給出了原子層沉積實驗裝置的初步設計方案。
3）以Al<,3>O<,4>；尖晶石晶體結構為基礎，構建模擬二維單元模型，通過分析不同沉積階段的反應機理，採用基於晶體結構的動力學蒙特卡羅方法（KLMC）對H-si（100）表面上沉積Al<,2>O<,3>；的ALD過程進行模擬，建立了前驅體到達、表面化學反應、表面解吸三種不同的事件模型，通過時間管理實現ALD過程中氣體脈沖的交替循環。
4）在討論相關數據結構和演算法後，利用C++語言編制模擬軟體，結合資料庫和OpenGL技術，實現數據的存儲與結果顯示。
5）改變工藝條件進行多組模擬實驗，結果表明薄膜的粗糙度受前驅體溫度、反應室真空度、基片溫度等多種因素的影響。其中基片溫度對初始沉積時間和生長速率的影響最為顯著。在溫度窗口內，基片溫度越低，薄膜生長越緩慢，初始沉積時間越長，表面粗糙度增加；隨著基片溫度的升高，初始沉積過程越短暫，薄膜很快封閉，溫度越高，生長速率越趨近於1ML/cycle（單分子層/循環），表面粗糙度也越小。將模擬結果與文獻中報道的結果相比較，兩者吻合較好。同時也進一步證實了ALD薄膜生長過程中兩個階段的存在。最後分析該模型存在偏差的原因，為ALD的應用研究提供一個理論基礎。