Тепло на пределе: как измерить жар в 3000 градусов экспресс
Раскалённый кусок металла в печи — как сковорода на плите: чем сильнее жар, тем быстрее тепло уходит в руку, если дотронуться. Но при температурах, где металл уже близок к плавлению, измерить эту скорость очень трудно: датчики плохо прилегают, тепло утекает в воздух, а сам образец светится и путает приборы.
Новый метод обходит эти препятствия. Лазер бьёт в крошечную точку на поверхности, а инфракрасная камера следит, как тепло расходится от неё. По разнице температур между точкой нагрева и остальным металлом можно вычислить, насколько хорошо материал проводит тепло. Это похоже на то, как по кругам на воде можно оценить силу брошенного камня.
Метод также позволил измерить, как молибден излучает свет в твёрдом и жидком состоянии. Эти данные нужны для создания деталей, которые работают в экстремальном жаре: в гиперзвуковых самолётах, ядерных реакторах и при лазерной 3D-печати металлом.
Так раскалённый кусок металла перестаёт быть загадкой: теперь его тепловые свойства можно узнать точно, не прикасаясь к нему.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.09873
Advances in next-generation hypersonic hot structures, high heat-flux fusion or fission components, and laser based additive manufacturing depend on reliable solid state thermal conductivity data at high and ultrahigh temperatures, where conventional measurements become increasingly sensitive to contact resistances, uncertain boundary conditions, and nonlinear radiative losses. Building on our initial demonstration of ultrahigh temperature steady-state temperature differential radiometry (SSTDR), we present a substantially more robust platform aimed at making high temperature thermal and radiative property measurements more routine. The method integrates lock-in infrared thermography with a spatially localized, modulated perturbation laser to form a conduction dominant differential observable along with hyperspectral pyrometry and a validated 2D axisymmetric steady state heat transfer model. Using high purity molybdenum as a benchmark, we report solid state thermal conductivity k(T) from 1500 - 3000 K (to the onset of melting) with uncertainties of 7.9-11 % enabled by comprehensive uncertainty propagation, sensitivity analysis, and bounding studies. We additionally provide normal spectral emittance of molybdenum in both solid and liquid states over 500-1000 nm. These advances establish SSTDR as an accurate, non-contact route for closing the high temperature k(T) data gap while simultaneously producing much needed phase dependent radiative property data for melt adjacent and extreme heat-flux applications. Note: This is a shortened abstract; full version in manuscript.
Молибден плавится при 2623 °C — это выше, чем температура поверхности Венеры, самой горячей планеты Солнечной системы.