Tämä on kysymys, joka on askarruttanut tutkijoita vuosisadan ajan.Mutta 625 000 dollarin Yhdysvaltain energiaministeriön (DoE) Early Career Distinguished Service Award -palkinnon tukemana Matteo Bucci, apulaisprofessori ydintieteen ja -tekniikan laitokselta (NSE), toivoo pääsevänsä lähemmäs vastausta.
Olitpa sitten lämmittämässä vettä pastaa varten tai suunnittelemassa ydinreaktoria, yksi ilmiö – kiehuminen – on kriittinen molemmille prosesseille tehokkaasti.
”Kiehitys on erittäin tehokas lämmönsiirtomekanismi;näin suuri määrä lämpöä poistetaan pinnalta, minkä vuoksi sitä käytetään monissa korkean tehotiheyden sovelluksissa”, Bucci sanoi.Käyttöesimerkki: ydinreaktori.
Asiattomalle keittäminen näyttää yksinkertaiselta – muodostuu kuplia, jotka puhkeavat poistaen lämmön.Mutta entä jos niin monta kuplia muodostuisi ja sulautuisi yhteen, jolloin muodostuu höyryputki, joka esti lämmön siirtymisen jatkossa?Tällainen ongelma on tunnettu kokonaisuus, joka tunnetaan kiehuvana kriisinä.Tämä johtaisi ydinreaktorin lämpökarkaamiseen ja polttoainesauvojen rikkoutumiseen.Siksi "kiehuvan kriisin olosuhteiden ymmärtäminen ja tunnistaminen on ratkaisevan tärkeää tehokkaampien ja kustannuskilpailukykyisempien ydinreaktorien kehittämisessä", Butch sanoi.
Varhaiset kirjoitukset kiehuvasta kriisistä juontavat juurensa lähes sata vuotta ennen vuotta 1926. Vaikka paljon työtä on tehty, "on selvää, että emme ole löytäneet vastausta", Bucci sanoi.Kiehuvat kriisit ovat edelleen ongelma, koska mallien runsaudesta huolimatta relevantteja ilmiöitä on vaikea mitata niiden todistamiseksi tai kumoamiseksi."[Kiehuminen] on prosessi, joka tapahtuu hyvin, hyvin pienessä mittakaavassa ja hyvin, hyvin lyhyessä ajassa", Bucci sanoi."Emme voi katsoa sitä niin yksityiskohtaisesti, että ymmärrämme, mitä todella tapahtuu, ja testaamme hypoteeseja."
Mutta viime vuosien aikana Bucci ja hänen tiiminsä ovat kehittäneet diagnostiikkaa, joka voi mitata kiehumiseen liittyviä ilmiöitä ja antaa kipeästi kaivatun vastauksen klassiseen kysymykseen.Diagnoosi perustuu infrapunalämpötilan mittausmenetelmiin, joissa käytetään näkyvää valoa."Yhdistämällä nämä kaksi teknologiaa, uskon, että olemme valmiita vastaamaan pitkän aikavälin lämmönsiirtokysymyksiin ja pystymme kiipeämään kaninkuopasta", sanoi Bucci.Yhdysvaltain energiaministeriön ydinvoimaohjelman apurahat auttavat tätä tutkimusta ja Buccin muita tutkimusponnisteluja.
Buccille, joka kasvoi Citta di Castellossa, pienessä kaupungissa lähellä Firenzeä Italiassa, pulmien ratkaiseminen ei ole mitään uutta.Butchin äiti oli alakoulun opettaja.Hänen isänsä oli konepaja, joka edisti Buccin tieteellistä harrastusta.”Olin lapsena suuri Lego-fani.Se oli intohimoa, hän lisäsi.
Vaikka Italia koki ydinvoiman voimakkaan laskun alkuvuosinaan, aihe kiehtoi Buccia.Alan työmahdollisuudet olivat epävarmat, mutta Bucci päätti kaivaa syvemmälle."Jos minun on tehtävä jotain loppuelämäni, se ei ole niin hyvä kuin haluaisin", hän vitsaili.Bucci opiskeli ydintekniikan perus- ja jatko-opintoja Pisan yliopistossa.
Hänen kiinnostuksensa lämmönsiirtomekanismeihin sai alkunsa tohtoritutkimuksesta, jonka parissa hän työskenteli Ranskan vaihtoehtoisen energian ja atomienergian toimikunnassa (CEA) Pariisissa.Siellä eräs kollega ehdotti työskentelemään kiehuvan veden kriisin parissa.Tällä kertaa Bucci kiinnitti huomionsa MIT:n NSE:hen ja otti yhteyttä professori Jacopo Buongiornoon tiedustellakseen instituutin tutkimuksesta.Buccin oli kerättävä varoja CEA:lta MIT:n tutkimukseen.Hän saapui edestakaisella lipulla päivää ennen Bostonin maratonin 2013 pommi-iskua.Mutta siitä lähtien Bucci on pysynyt siellä ja hänestä on tullut tutkija ja sitten apulaisprofessori NSE:ssä.
Bucci myöntää, että hänellä oli vaikeuksia sopeutua ympäristöönsä, kun hän ilmoittautui MIT:iin, mutta työ ja ystävyys työtovereiden kanssa – hän pitää NSE:n Guanyu Sua ja Reza Azizyania parhaina ystävinään – auttoi voittamaan varhaiset epäilykset.
Keittodiagnostiikan lisäksi Bucci ja hänen tiiminsä työskentelevät myös keinojen yhdistämiseksi tekoälyyn kokeelliseen tutkimukseen.Hän uskoo vakaasti, että "edistyneen diagnostiikan, koneoppimisen ja kehittyneiden mallinnustyökalujen integrointi kantaa hedelmää vuosikymmenen sisällä."
Buccin tiimi kehittää itsenäistä laboratoriota kiehuvan lämmönsiirtokokeiden suorittamiseksi.Koneoppimisen tukema asennus päättää, mitkä kokeilut suoritetaan tiimin asettamien oppimistavoitteiden perusteella."Esitämme kysymyksen, johon kone vastaa optimoimalla kokeet, joita tarvitaan vastaamaan näihin kysymyksiin", Bucci sanoi."Luulen rehellisesti, että tämä on seuraava raja, joka kiehuu."
”Kun kiipeät puuhun ja pääset sen huipulle, huomaat, että horisontti on leveämpi ja kauniimpi”, Butch kertoi innostuksestaan jatkaa tutkimusta tällä alueella.
Jopa uusiin korkeuksiin pyrkiessään Bucci ei ole unohtanut, mistä hän tulee.Italian vuoden 1990 jalkapallon MM-kisojen isännöinnin muistoksi sarja julisteita esittelee Colosseumin sisällä olevaa jalkapallostadionia, joka on ylpeä paikasta hänen kotonaan ja toimistossaan.Näillä Alberto Burrin luomilla julisteilla on tunnearvoa: italialainen taiteilija (nyt kuollut) oli myös kotoisin Buccin kotikaupungista Citta di Castellosta.
Postitusaika: 10.8.2022