美国团队首次发现超高温材料间热传导“受阻”真相：或改写核聚变

摘要：在一项具有突破性的研究中，美国科学家在高达180,000华氏度（约10万摄氏度）的极端等离子体环境中，首次直接观察到不同材料之间的热传导并不像此前所理解的那样“顺畅”。这一发现或将深刻影响人类实现可控核聚变能源的路径，同时也为多个尖端工程技术领域带来重要启示。

在一项具有突破性的研究中，美国科学家在高达180,000华氏度（约10万摄氏度）的极端等离子体环境中，首次直接观察到不同材料之间的热传导并不像此前所理解的那样“顺畅”。这一发现或将深刻影响人类实现可控核聚变能源的路径，同时也为多个尖端工程技术领域带来重要启示。

核聚变

此次实验由内华达大学里诺分校的物理学家托马斯·怀特（Thomas White）及其前博士生卡梅伦·艾伦（Cameron Allen）主导，使用位于罗切斯特大学的强大Omega-60激光系统进行。该系统由60束激光组成，可在约十亿分之一秒内将高达30,000焦耳的能量聚焦到直径不到1毫米的目标上。

在实验中，科研人员将金属钨丝与塑料材料相接触，利用激光加热铜箔释放出的X射线对其加热，模拟类似恒星内部或核聚变点火实验中的高能等离子体环境。

当钨丝被加热至惊人的180,000华氏度时，理论上热量应迅速传导至相邻的塑料材料。然而，实际观测结果却令科研团队震惊：塑料部分的温度仅约为20,000华氏度，远低于预期，热能仿佛“卡”在了两种材料的交界处。

经过反复验证和分析，研究人员最终确认，这一现象的主因是界面热阻（interfacial thermal resistance）。这是一种即使在常温下也已被工程界认识到的物理现象，在极端高温高压的等离子体状态下依然顽强存在，甚至更为显著。

具体而言，当高温材料中的电子携带能量接近两种材料的界面时，并未如预期那样继续进入冷材料，而是发生散射并反弹回高温区域，导致热流无法跨界传递。

核聚变设施

这一研究的意义远不止于理论上的热传导探索。它对包括**惯性约束聚变（ICF）**在内的一系列尖端技术领域提出了新的工程挑战。ICF是当前核聚变能研究中的重要路线，依赖激光将燃料球压缩并加热至极高温度，进而触发核反应。若界面热阻在反应核心结构中普遍存在，将可能影响能量耦合效率和聚变点火条件的精确控制。

此外，这项研究对于半导体刻蚀工艺中的能量输运、以及高超音速飞行器在极端热环境下的材料热管理，同样具有重要的参考价值。在这些技术中，理解材料界面处的热传导特性，已成为影响系统性能与稳定性的关键因素。

正如美国国家科学基金会等离子体物理项目主管杰里迈亚·威廉姆斯（Jeremiah Williams）所强调的那样，高能激光实验室正成为解析极端物理现象的核心工具，对从医疗诊断技术到国家安全设备的诸多前沿科技都有推动作用。