神奇！科學家用冰“煮”水，可幫助核電站快速降溫

水可以存在于三個階段：冷凍固體、液體和氣體。當熱量被施加到冰凍的固體上時，它就會變成液體。當熱量施加于液體時，它就會變成蒸汽。

當熱源足夠熱時，水的行為發生了巨大的變化。根據科學家的說法，沉積在鋁板上的水滴被加熱到150攝氏度或以上時，它將不再沸騰。相反，即將形成的蒸汽將被困在水滴下面，形成一個緩沖，防止液體與鋁板表面直接接觸。被困的蒸汽使液體懸浮起來，在鋁表面上跳動。這種現象被稱為萊頓弗羅斯特效應，以在1751年的出版物中首次描述它的德國醫生和神學家命名。

這一普遍接受的科學原理適用于作為液體的水，該科學團隊轉念一想，冰也會如此嗎？是否有可能出現固體、液體和蒸汽的三相萊頓弗羅斯特效應？

大約五年前，好奇心引發了博雷科實驗室的第一次調查，當時的研究員觀察到，即使當鋁被加熱到150攝氏度以上時，冰也沒有像液體那樣懸浮在水汽中。當研究員繼續提高溫度，隨著熱量的增加觀察冰的行為。他們發現出現懸浮的溫度明顯更高：550攝氏度（1022華氏度），而不是150攝氏度。

在冰下究竟發生了什么，延長了沸騰的時間？研究團隊合作開發新的熱傳導方法，并將這些知識用于解決這個問題。他們發現，答案是冰層下的融水層的溫度差。融水層有兩個不同的極端：它的底部是沸騰的，這使溫度固定在大約100攝氏度；但它的頂部是粘附在冰上的，這使它固定在大約0攝氏度。

研究員解釋：冰在水層上獨特創造的溫差已經改變了水本身的情況，因為現在來自熱鋁板的大部分熱量必須穿過水面來維持這種極端的溫差。所以只有極小部分的能量可以用來產生水汽。

“浮起冰塊比浮起水滴要難得多，”研究員繼續說，“一旦懸浮開始，傳熱就會急劇下降，因為當液體懸浮時，它不再沸騰了。這時，它跳動在表面上而不是直接接觸，而接觸是導致它沸騰的原因。因此，對于熱傳遞，懸浮是糟糕的，煮沸更是不可思議的。”

對于應用場景，研究人員表示，熱傳遞在冷卻計算機服務器或汽車發動機等物體方面發揮著很大作用。因為它們需要一種物質或機制，可以將能量從熱表面移開，并快速重新分配熱量以減少金屬部件的磨損。同時，在核電站中，也可以使用冰作為冷卻劑來誘使其快速冷卻。有可能避免當年福島核電站災難后，進行冷卻核反應堆時遇到的問題。

該研究論文題為"Using ice to boil water: Researcher makes heat transfer discovery that expands on 18th century principle"，已發表在Physical Review Fluids期刊上。

前瞻經濟學人APP資訊組

參考資料：https://www.eurekalert.org/news-releases/940703

標簽： 冰 核電站