MIT的研究有望為下一代核反應堆堆芯及航天器解鎖先進冷卻技術

下一代冷卻系統或將實現軌道燃料加注，為月球、火星及更遠深空的航行鋪平道路。

麻省理工學院核科學與工程系五年級博士生馬可·格拉菲迪正在研究一項有望推動下一代核反應堆和航天器發展的技術過程。

"淬冷"是一種高效的傳熱過程，有望進一步提升全球最高效冷卻系統的性能。

例如，該過程可實現太空中的高效燃料加注 —— 這正是埃隆·馬斯克旗下SpaceX公司試圖通過其星艦計劃解決的難題之一。

面向下一代冷卻系統的淬冷技術

淬冷能快速從表面移除熱量，這使其成為下一代冷卻系統的理想選擇。然而，若應用于太空和核反應堆堆芯環境，其工作效率必須達到極高水準。

這正是格拉菲迪研究的切入點。該研究的主要資助方美國國家航空航天局希望防止低溫燃料沸騰。在太空飛行過程中，燃料沸騰會導致燃料損失，并迫使航天器排放蒸氣以避免儲罐壓力過高。
麻省理工學院新聞報道指出，格拉菲迪的目標正是攻克這些難題。他的研究核心在于加速低溫冷卻過程中形成的隔熱蒸氣膜的潰滅 —— 此現象被稱為萊頓弗羅斯特效應。

通過微觀層面研究淬冷機理，格拉菲迪旨在實現更快速的軌道燃料加注。他同時相信，這項研究也能用于增強地球上的核反應堆堆芯冷卻以及數據中心冷卻系統。

此外，格拉菲迪正另辟蹊徑，探索使用介電流體對數據中心進行浸沒式冷卻 —— 這類不導電液體通過沸騰過程帶走熱量。這些流體的臨界熱通量低于水，從而限制了冷卻效率。在最近發表于《應用熱力工程》期刊的一篇論文中，格拉菲迪證實，施加高電場可提升臨界熱通量，并實現無重力沸騰 —— 這對電動汽車和高性能計算領域至關重要。

高效冷卻技術需求迫切

全球一些頂級科技公司正將高效冷卻技術列為重點議程。高盛集團的一份報告指出，到2030年，由人工智能驅動的能源需求增幅可能高達165%。

來自新加坡的一個研究團隊以及谷歌前首席執行官埃里克·施密特近期提出在軌道上建造數據中心的設想。然而，該技術尚未經過驗證，這意味著地球仍迫切需要更高效的冷卻系統。

對于SpaceX而言，燃料傳輸過程中的高效冷卻同樣是重中之重。NASA正依賴馬斯克的這家私營太空公司為其"阿耳忒彌斯III號"登月任務提供星艦月球著陸器。但若要飛往月球，星艦必須能夠在軌道上高效進行燃料轉移。一項關鍵的星艦燃料加注測試原定于今年進行，現已推遲至2026年。

SpaceX可能在努力應對"沸騰蒸發"這一難題。該問題是指低溫推進劑因持續微小的溫度波動而升華。隨著推進劑不斷沸騰蒸發，產生的氣體會導致儲罐壓力上升。

這就需要進行排氣，從而導致燃料損失，并需要向軌道發射更多星艦燃料運輸船。改進的冷卻系統或可提供解決方案，因其能保護燃料免受太空中持續變化的環境條件影響。

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