MIT研究有望为下一代核反应堆堆芯及航天器解锁先进冷却技术

麻省理工学院核科学与工程系正在研究一项有望推动下一代核反应堆和航天器发展的技术过程。"淬冷"是一种高效的传热过程，有望进一步提升全球最高效冷却系统的性能。例如，该过程可实现太空中的高效燃料加注 —— 这正是埃隆·马斯克旗下SpaceX公司试图通过其星舰计划解决的难题之一。

面向下一代冷却系统的淬冷技术

淬冷能快速从表面移除热量，这使其成为下一代冷却系统的理想选择。然而，若应用于太空和核反应堆堆芯环境，其工作效率必须达到极高水准。

这正是格拉菲迪研究的切入点。该研究的主要资助方美国国家航空航天局希望防止低温燃料沸腾。在太空飞行过程中，燃料沸腾会导致燃料损失，并迫使航天器排放蒸气以避免储罐压力过高。麻省理工学院新闻报道指出，格拉菲迪的目标正是攻克这些难题。他的研究核心在于加速低温冷却过程中形成的隔热蒸气膜的溃灭 —— 此现象被称为莱顿弗罗斯特效应。

通过微观层面研究淬冷机理，格拉菲迪旨在实现更快速的轨道燃料加注。他同时相信，这项研究也能用于增强地球上的核反应堆堆芯冷却以及数据中心冷却系统。

此外，格拉菲迪正另辟蹊径，探索使用介电流体对数据中心进行浸没式冷却 —— 这类不导电液体通过沸腾过程带走热量。这些流体的临界热通量低于水，从而限制了冷却效率。在最近发表于《应用热力工程》期刊的一篇论文中，格拉菲迪证实，施加高电场可提升临界热通量，并实现无重力沸腾 —— 这对电动汽车和高性能计算领域至关重要。

高效冷却技术需求迫切

全球一些顶级科技公司正将高效冷却技术列为重点议程。高盛集团的一份报告指出，到2030年，由人工智能驱动的能源需求增幅可能高达165%。

来自新加坡的一个研究团队以及谷歌前首席执行官埃里克·施密特近期提出在轨道上建造数据中心的设想。然而，该技术尚未经过验证，这意味着地球仍迫切需要更高效的冷却系统。

对于SpaceX而言，燃料传输过程中的高效冷却同样是重中之重。NASA正依赖马斯克的这家私营太空公司为其"阿耳忒弥斯III号"登月任务提供星舰月球着陆器。但若要飞往月球，星舰必须能够在轨道上高效进行燃料转移。一项关键的星舰燃料加注测试原定于今年进行，现已推迟至2026年。

SpaceX可能在努力应对"沸腾蒸发"这一难题。该问题是指低温推进剂因持续微小的温度波动而升华。随着推进剂不断沸腾蒸发，产生的气体会导致储罐压力上升。

这就需要进行排气，从而导致燃料损失，并需要向轨道发射更多星舰燃料运输船。改进的冷却系统或可提供解决方案，因其能保护燃料免受太空中持续变化的环境条件影响。