西藏公路兩邊，為什麼插著奇怪的棒子？

《西遊記》里有個定海神針，它能使東海保持風平浪靜。這自然是神話傳說了。可是你知道嗎，在又高又冷的青藏高原上，居然真的有幫助穩定公路路基的「定路神針」——無芯重力式熱管。

西藏公路邊上的「定路神針」。作者友人供圖

如果你走公路進藏，就會注意到路邊有很多奇怪的長桿，上面既沒有路燈，也沒有廣告牌或者宣傳畫。它們主要出現在青藏線的可可西里段和新藏線上。這些長桿名叫「熱棒」（無芯重力式熱管是它的學名），保證公路地基的凍土一直處於凍結狀態。

青藏高原上的公路保持路面穩定平整並不容易。冬季地下土壤會隨溫度降低結冰，並發生膨脹，在路面隆起一個個鼓包，叫凍脹；而到了夏季，凍土又隨著氣溫升高而融化，叫融沉。反覆的凍脹、融沉之後，路面會變得坑坑窪窪，影響行車安全。

為解決這個問題，我們的科研人員研製出了這款神奇的棒子，它能利用冬季的嚴寒，把深層土地凍到極低的溫度，使得即便夏季來臨時，凍土層也不致融化。這樣就形成了所謂的「永凍層」，避免了凍脹、融沉現象的出現。更神奇的是，「熱棒」只會把熱量從地下輸送到地上，不會反向傳熱，因而夏天地上的熱量無法通過「熱棒」到達永凍層。它是怎麼做到的呢？

「熱棒」其實是一個密閉的空心長鋼管，其中下半部分五米埋入地下，兩米露出地面。鋼管裡面裝有液氨作為傳熱介質。冬季氣溫很低，「熱棒」的狀態是上冷下熱，因此土中的熱量將使液氨蒸發成氣體，氣體的密度低，上升到「熱棒」的頂部；熱量傳導給外面的空氣後，氨蒸汽被冷卻、液化，在重力的作用下回到底部，這就是「無芯重力式熱管」的名稱由來。上述過程不斷往複循環，就可以把深層土地凍得結結實實。

「熱棒」結構和工作原理示意。作者製圖

而到了夏季，由於氣溫升高，液氨全部變成了氣體。此時「熱棒」上熱下冷，下部的氣體密度大，所以對流很小，熱量由上向下的傳導很慢。也就是說，「熱棒」只在冬季工作，將熱量從地下傳導到地上；而在夏季則不工作，不會將上面的熱量傳導到地下，是不是很巧妙呢？

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