MIT博士生攻關淬火工藝，為核反應堆降溫，打造下一代航天器

（來源：MIT News）

淬火（Quenching）是一種強大的傳熱機制，能在極短時間內將熱量迅速帶走。在極端環境中，無論是核電站反應堆，還是航天器推進系統，這種過程的效率與速度都關乎安全與成敗。

正因如此，麻省理工學院（MIT）核科學與工程系五年級博士生馬爾科·格拉菲耶迪（Marco Graffiedi）正在研究這一現象，以助力新一代航天器與核電設施的研發。

格拉菲耶迪出生于意大利中部的一個小鎮，父母自小鼓勵他獨立思考與動手實踐。在他 14 歲時，家里修繕山間的一座小木屋，父母給了他一項任務：要讓牲畜隨時能喝上水，但不能讓蓄水箱溢出。他獨立設計并建造了一套被動液壓供水系統，不僅運行穩定，而且至今仍在使用——這是他“工程師之路”的起點。

高中時期，他在以數學家格雷戈里奧·里奇-庫爾巴斯特羅（Gregorio Ricci-Curbastro）命名的盧戈中學就讀，這位數學家正是相對論數學框架的奠基人。受此啟發，他熱衷于用實驗重現經典物理現象，并代表學校參加了在曼谷舉行的國際物理奧林匹克競賽（IPhO），從此對科學的熱愛一發不可收拾。

盡管對基礎科學情有獨鐘，格拉菲耶迪漸漸意識到自己更想把科學轉化為工程：用公式與實驗，構筑現實的系統。

于是，他進入比薩大學與圣安娜高等研究院攻讀機械工程學士與碩士。“在意大利，本科只要三年，所以幾乎所有人都會繼續讀碩士。”在研究生階段，他的研究逐漸轉向能源與環境工程。

他曾嘗試通過改進聚光太陽能發電系統（CSP）的熱循環來降低發電成本，雖未完全成功，卻堅定了他發展可再生能源的信念。

隨后，他與 GE 油氣公司（GE Oil and Gas）合作，研究離心壓縮機的斷裂力學以提升設備可靠性，并在美國費米實驗室實習，從事超導涂層的熱特性表征研究。

畢業后，他加入 GE 油氣的“愛迪生項目”，在多個崗位輪換，從機械設計、熱工程到燃氣輪機與燃燒測試。作為測試工程師，他帶領團隊搭建測試臺、設計傳感系統、采集數據、評估性能，從一片渦輪葉片的傳感器布置，到測試臺的安全出口位置，都要考慮得面面俱到。

然而，幾年后他開始思考：自己想要的不只是測試結果，而是更深層的科學原理。在探索中，他重新發現了核能這一領域。“它是能源的未來，”他說。

于是，他申請進入 MIT 核科學與工程系，加入 Matteo Bucci 教授團隊，研究沸騰與淬火傳熱。這項研究由NASA資助，核心目標是：防止低溫燃料的沸騰損失。在太空中，燃料一旦沸騰，就會產生蒸汽，不僅造成浪費，還可能因壓力升高而必須排放。

格拉菲耶迪的研究聚焦于淬火過程，這不僅關系到航天器在軌加注燃料，也對核反應堆冷卻系統至關重要。

當液態低溫燃料接觸高溫表面時，會出現萊頓弗羅斯特效應（Leidenfrost effect）：液體首先形成一層氣膜，反而阻礙冷卻。為了加快降溫，必須打破這層絕熱膜。

格拉菲耶迪正通過微觀實驗與理論建模，揭示氣膜坍塌與熱流變化的機制，以幫助未來的核能與航天系統更安全、更高效地運行。

除了核能與航天，沸騰傳熱也能用于數據中心冷卻。隨著全球數據中心和電動交通系統用電量激增，如何高效排熱成為新挑戰。

一種新思路是采用介電液體進行浸沒式冷卻。這種不導電液體可直接包裹電子元件，通過沸騰帶走熱量。但要讓冷卻高效運行，必須突破氣膜的限制，并提高液體的臨界熱流密度（CHF）。

由于介電液體的 CHF 通常低于水，格拉菲耶迪正在研究如何利用高電場增強沸騰換熱，甚至在微重力環境下為電子設備冷卻。相關成果已發表于 Applied Thermal Engineering 期刊。

除了科研，格拉菲耶迪也是一位熱情的教師。他先后擔任 MIT 核科學與工程系四門課程的助教，多次獲評優秀教學獎，并獲得 Manson Benedict 獎及服務獎。

在課余，他活躍于波士頓的意大利人社區，是 MIT 意大利學生社團“MITaly”的成員。他熱愛拉丁舞，每周都會抽出時間去舞會放松。更有趣的是，他仍保持著童年學到的家傳技藝：做出完美的披薩與意面，那是他 11 歲時從父母那學來的手藝。

https://news.mit.edu/2025/using-classic-physical-phenomena-solve-new-problems-marco-graffiedi-1031