Това е въпрос, който озадачава учените от век.Но, подкрепен от наградата за ранна кариера на Министерството на енергетиката на САЩ (DoE) на стойност 625 000 долара, Матео Бучи, асистент в Департамента по ядрени науки и инженерство (NSE), се надява да се доближи до отговора.
Независимо дали нагрявате тенджера с вода за паста или проектирате ядрен реактор, едно явление – кипенето – е от решаващо значение за ефикасността на двата процеса.
„Кипенето е много ефективен механизъм за пренос на топлина;това е начинът, по който голямо количество топлина се отстранява от повърхността, поради което се използва в много приложения с висока плътност на мощността“, каза Бучи.Пример за употреба: ядрен реактор.
За непосветените варенето изглежда просто – образуват се мехурчета, които се пукат, отнемайки топлината.Но какво ще стане, ако се образуват и слеят толкова много мехурчета, създавайки ивица пара, която предотвратява по-нататъшния пренос на топлина?Такъв проблем е добре познато образувание, известно като кипяща криза.Това би довело до термично изтичане и повреда на горивните пръти в ядрения реактор.Следователно „разбирането и идентифицирането на условията, при които може да възникне кипяща криза, е от решаващо значение за разработването на по-ефективни и конкурентни по отношение на разходите ядрени реактори“, каза Бъч.
Ранните писания за тлеещата криза датират от почти век преди 1926 г. Въпреки че е свършена много работа, „ясно е, че не сме намерили отговор“, каза Бучи.Кипещите кризи остават проблем, защото въпреки изобилието от модели е трудно да се измерят съответните явления, за да се докажат или опровергаят.„[Кипенето] е процес, който се случва в много, много малък мащаб и за много, много кратък период от време“, каза Бучи.„Не можем да го гледаме с необходимото ниво на детайлност, за да разберем какво наистина се случва и да тестваме хипотези.“
Но през последните няколко години Бучи и неговият екип разработват диагностика, която може да измерва явления, свързани с кипенето, и да предостави така необходимия отговор на класически въпрос.Диагнозата се основава на инфрачервени методи за измерване на температурата с използване на видима светлина.„Чрез комбинирането на тези две технологии смятам, че ще сме готови да отговорим на въпросите за дългосрочния пренос на топлина и ще можем да излезем от заешката дупка“, каза Бучи.Безвъзмездните средства от Министерството на енергетиката на САЩ от Програмата за ядрена енергия ще помогнат за това проучване и другите изследователски усилия на Bucci.
За Бучи, който е израснал в Чита ди Кастело, малък град близо до Флоренция, Италия, решаването на пъзели не е нещо ново.Майката на Бъч беше начална учителка.Баща му имаше магазин за машини, който подпомогна научното хоби на Бучи.„Като дете бях голям фен на Лего.Това беше страст“, добави той.
Въпреки че Италия преживява сериозен спад в ядрената енергия през годините на своето формиране, темата очарова Бучи.Възможностите за работа в областта бяха несигурни, но Бучи реши да копае по-дълбоко.„Ако трябва да правя нещо до края на живота си, то не е толкова добро, колкото бих искал“, пошегува се той.Бучи учи бакалавърска и следдипломна квалификация по ядрено инженерство в университета в Пиза.
Интересът му към механизмите за пренос на топлина се корени в неговото докторско изследване, върху което той работи във Френската комисия за алтернативна енергия и атомна енергия (CEA) в Париж.Там един колега предложи да се работи по кризата с врящата вода.Този път Бучи се прицелва в NSE на Масачузетския технологичен институт и се свързва с професор Якопо Буонгиорно, за да попита за изследванията на института.Bucci трябваше да събере средства в CEA за изследвания в MIT.Той пристигна с двупосочен билет дни преди атентата на Бостънския маратон през 2013 г.Но оттогава Бучи остава там, става учен изследовател и след това асистент в NSE.
Бучи признава, че му е било трудно да се приспособи към средата си, когато за първи път се е записал в Масачузетския технологичен институт, но работата и приятелствата с колеги – той смята Гуаню Су и Реза Азизян от NSE за свои най-добри приятели – са му помогнали да преодолее ранните опасения.
В допълнение към диагностиката на кипене, Bucci и неговият екип също работят върху начини за комбиниране на изкуствен интелект с експериментални изследвания.Той твърдо вярва, че „интегрирането на усъвършенствана диагностика, машинно обучение и усъвършенствани инструменти за моделиране ще даде плод в рамките на едно десетилетие“.
Екипът на Bucci разработва самостоятелна лаборатория за провеждане на експерименти за пренос на топлина при кипене.Осъществено от машинно обучение, настройката решава кои експерименти да се проведат въз основа на учебните цели, определени от екипа.„Задаваме въпрос, на който машината ще отговори чрез оптимизиране на видовете експерименти, необходими за отговор на тези въпроси“, каза Бучи.„Честно казано мисля, че това е следващата граница, която тлее.“
„Когато се изкачите на дърво и стигнете до върха, разбирате, че хоризонтът е по-широк и по-красив“, каза Бъч за своя ентусиазъм за по-нататъшни изследвания в тази област.
Дори да се стреми към нови висоти, Бучи не е забравил откъде идва.В чест на домакинството на Италия на Световното първенство по футбол през 1990 г. серия от плакати показват футболния стадион вътре в Колизеума, заемащ почетно място в неговия дом и офис.Тези плакати, създадени от Алберто Бури, имат сантиментална стойност: италианският художник (вече починал) също е от родния град на Бучи, Чита ди Кастело.
Време на публикуване: 10 август 2022 г