To je vprašanje, ki že stoletje bega znanstvenike.Matteo Bucci, docent na Oddelku za jedrsko znanost in tehniko (NSE), podprt s 625.000 $ vredno nagrado ameriškega ministrstva za energijo (DoE) za zasluge v zgodnji karieri, upa, da se bo približal odgovoru.
Ne glede na to, ali segrevate lonec vode za testenine ali načrtujete jedrski reaktor, je en pojav – vrenje – ključnega pomena za učinkovitost obeh procesov.
»Vretje je zelo učinkovit mehanizem prenosa toplote;tako se s površine odstrani velika količina toplote, zato se uporablja v številnih aplikacijah z visoko gostoto moči,« je dejal Bucci.Primer uporabe: jedrski reaktor.
Za nepoznavalce je vrenje videti preprosto – nastanejo mehurčki, ki počijo in odvzamejo toploto.Kaj pa, če se je oblikovalo in združilo toliko mehurčkov, ki so ustvarili trak pare, ki je preprečil nadaljnji prenos toplote?Tak problem je znana entiteta, znana kot vrelna kriza.To bi privedlo do toplotnega uhajanja in odpovedi gorivnih palic v jedrskem reaktorju.Zato je "razumevanje in prepoznavanje pogojev, pod katerimi lahko pride do vrele krize, ključnega pomena za razvoj učinkovitejših in stroškovno konkurenčnih jedrskih reaktorjev," je dejal Butch.
Zgodnji zapisi o tleči krizi segajo skoraj stoletje pred letom 1926. Čeprav je bilo opravljenega veliko dela, "je jasno, da nismo našli odgovora," je dejal Bucci.Vrelne krize ostajajo problem, saj je kljub obilici modelov relevantne pojave težko izmeriti, da bi jih dokazali ali ovrgli."[Vrenje] je proces, ki se zgodi v zelo, zelo majhnem obsegu in v zelo, zelo kratkem času," je dejal Bucci."Ne moremo ga gledati s stopnjo podrobnosti, ki je potrebna, da bi razumeli, kaj se v resnici dogaja, in preizkusili hipoteze."
Toda v zadnjih nekaj letih sta Bucci in njegova ekipa razvijala diagnostiko, ki lahko meri pojave, povezane z vrenjem, in zagotavlja prepotreben odgovor na klasično vprašanje.Diagnoza temelji na infrardečih metodah merjenja temperature z uporabo vidne svetlobe."Mislim, da bomo s kombinacijo teh dveh tehnologij pripravljeni odgovoriti na vprašanja o dolgoročnem prenosu toplote in se lahko rešiti iz zajčje luknje," je dejal Bucci.Donacije Ministrstva za energijo ZDA iz programa za jedrsko energijo bodo pomagale tej študiji in drugim Buccijevim raziskovalnim prizadevanjem.
Za Buccija, ki je odraščal v Citta di Castello, majhnem mestu blizu Firenc v Italiji, reševanje ugank ni nič novega.Butcheva mati je bila učiteljica v osnovni šoli.Njegov oče je imel strojno delavnico, ki je pospešila Buccijev znanstveni hobi.»Kot otrok sem bil velik oboževalec lego kock.Bila je strast,« je dodal.
Čeprav je Italija v letih nastajanja doživela hud upad jedrske energije, je Buccija ta tema očarala.Zaposlitvene možnosti na tem področju so bile negotove, vendar se je Bucci odločil, da se bo poglobil."Če moram nekaj delati do konca življenja, ni tako dobro, kot bi si želel," se je pošalil.Bucci je študiral dodiplomski in podiplomski študij jedrske tehnike na Univerzi v Pisi.
Njegovo zanimanje za mehanizme prenosa toplote je bilo zakoreninjeno v njegovi doktorski raziskavi, na kateri je delal pri Francoski komisiji za alternativno energijo in atomsko energijo (CEA) v Parizu.Tam je kolega predlagal delo na krizi z vrelo vodo.Tokrat se je Bucci osredotočil na NSE MIT in stopil v stik s profesorjem Jacopom Buongiorno, da bi se pozanimal o raziskavah inštituta.Bucci je moral zbrati sredstva pri CEA za raziskave na MIT.Prišel je s povratno vozovnico nekaj dni pred bombnim napadom na bostonskem maratonu leta 2013.Toda od takrat je Bucci ostal tam, postal je raziskovalec in nato docent na NSE.
Bucci priznava, da se je težko prilagodil svojemu okolju, ko se je prvič vpisal na MIT, a delo in prijateljstva s kolegi – Guanyu Su in Reza Azizyan iz NSE ima za svoja najboljša prijatelja – so pomagali premagati zgodnje pomisleke.
Poleg diagnostike vrenja se Bucci in njegova ekipa ukvarjajo tudi z načini združevanja umetne inteligence z eksperimentalnimi raziskavami.Trdno je prepričan, da bo "integracija napredne diagnostike, strojnega učenja in naprednih orodij za modeliranje obrodila sadove v desetletju."
Buccijeva ekipa razvija samostojen laboratorij za izvajanje poskusov prenosa toplote pri vrelišču.Nastavitev, ki jo poganja strojno učenje, se odloči, katere poskuse bo izvajal na podlagi učnih ciljev, ki jih določi ekipa."Postavljamo vprašanje, na katerega bo stroj odgovoril z optimizacijo vrst poskusov, potrebnih za odgovor na ta vprašanja," je dejal Bucci."Iskreno mislim, da je to naslednja meja, ki vre."
»Ko splezaš na drevo in prideš na vrh, se zaveš, da je obzorje širše in lepše,« je povedal Butch o svojem navdušenju nad nadaljnjimi raziskavami na tem področju.
Tudi v želji po novih višinah Bucci ni pozabil, od kod prihaja.V spomin na to, da je Italija leta 1990 gostila svetovno prvenstvo v nogometu, serija plakatov prikazuje nogometni stadion znotraj Koloseja, ki zavzema častno mesto v njegovem domu in pisarni.Ti plakati, ki jih je ustvaril Alberto Burri, imajo sentimentalno vrednost: italijanski umetnik (zdaj že pokojni) je bil prav tako iz Buccijevega rojstnega kraja Citta di Castello.
Čas objave: 10. avgusta 2022