To je otázka, ktorá máta vedcov už celé storočie.Matteo Bucci, odborný asistent na Katedre jadrovej vedy a inžinierstva (NSE), podporovaný cenou 625 000 USD Ministerstva energetiky USA (DoE) za skorú kariéru, dúfa, že sa priblíži k odpovedi.
Či už ohrievate hrniec s vodou na cestoviny alebo navrhujete jadrový reaktor, jeden jav – varenie – je rozhodujúci pre efektívne oba procesy.
„Var je veľmi účinný mechanizmus prenosu tepla;týmto spôsobom sa z povrchu odoberá veľké množstvo tepla, a preto sa používa v mnohých aplikáciách s vysokou hustotou výkonu,“ povedal Bucci.Príklad použitia: jadrový reaktor.
Pre nezasvätených vyzerá varenie jednoducho – tvoria sa bubliny, ktoré praskajú a odstraňujú teplo.Ale čo ak sa vytvorilo toľko bublín a spojilo sa, čím by sa vytvoril pruh pary, ktorý zabránil ďalšiemu prenosu tepla?Takýmto problémom je známa entita známa ako vriaca kríza.To by viedlo k úniku tepla a poruche palivových tyčí v jadrovom reaktore.Preto je „pochopenie a identifikácia podmienok, za ktorých môže dôjsť k varu, rozhodujúce pre vývoj efektívnejších a nákladovo konkurencieschopnejších jadrových reaktorov,“ povedal Butch.
Prvé spisy o tlejúcej kríze pochádzajú takmer storočie pred rokom 1926. Hoci sa vykonalo veľa práce, „je jasné, že sme nenašli odpoveď,“ povedal Bucci.Problémom zostávajú krízy varu, pretože napriek množstvu modelov je ťažké zmerať príslušné javy, aby sme ich dokázali alebo vyvrátili.„[Varenie] je proces, ktorý sa deje vo veľmi, veľmi malom rozsahu a vo veľmi, veľmi krátkom časovom období,“ povedal Bucci."Nemôžeme to sledovať s úrovňou detailov potrebnou na pochopenie toho, čo sa skutočne deje, a testovanie hypotéz."
Ale v posledných rokoch Bucci a jeho tím vyvíjali diagnostiku, ktorá dokáže merať javy súvisiace s varom a poskytnúť veľmi potrebnú odpoveď na klasickú otázku.Diagnostika je založená na infračervených metódach merania teploty pomocou viditeľného svetla.„Myslím si, že kombináciou týchto dvoch technológií budeme pripravení odpovedať na otázky týkajúce sa dlhodobého prenosu tepla a budeme schopní vyliezť z králičej nory,“ povedal Bucci.Granty Ministerstva energetiky USA z Programu jadrovej energie pomôžu tejto štúdii a ďalšiemu Bucciho výskumnému úsiliu.
Pre Bucciho, ktorý vyrastal v Citta di Castello, malom meste neďaleko Florencie v Taliansku, nie je riešenie hádaniek žiadnou novinkou.Butchova matka bola učiteľkou na základnej škole.Jeho otec mal strojársku, ktorá podporovala Bucciho vedecké hobby.„Už ako dieťa som bol veľkým fanúšikom Lega.Bola to vášeň,“ dodal.
Hoci Taliansko zažilo počas svojich formačných rokov prudký pokles jadrovej energie, táto téma Bucciho fascinovala.Pracovné príležitosti v odbore boli neisté, no Bucci sa rozhodol ísť hlbšie.„Ak mám niečo robiť po zvyšok svojho života, nie je to také dobré, ako by som chcel,“ vtipkoval.Bucci študoval na univerzite v Pise jadrové inžinierstvo a postgraduálne štúdium.
Jeho záujem o mechanizmy prenosu tepla mal korene v doktorandskom výskume, na ktorom pracoval vo Francúzskej komisii pre alternatívnu energiu a atómovú energiu (CEA) v Paríži.Tam kolega navrhol pracovať na kríze s vriacou vodou.Tentoraz sa Bucci zameral na NSE MIT a kontaktoval profesora Jacopa Buongiorna, aby sa informoval o výskume inštitútu.Bucci musel získať finančné prostriedky v CEA na výskum na MIT.Prišiel s spiatočným lístkom niekoľko dní pred bombovým útokom na Bostonský maratón v roku 2013.Ale odvtedy tam Bucci zostal, stal sa vedeckým pracovníkom a potom odborným asistentom na NSE.
Bucci priznáva, že sa ťažko prispôsoboval svojmu prostrediu, keď sa prvýkrát zapísal na MIT, ale práca a priateľstvá s kolegami – Guanyu Su a Rezu Azizyana z NSE považuje za svojich najlepších priateľov – pomohli prekonať skoré obavy.
Okrem diagnostiky varu Bucci a jeho tím pracujú aj na spôsoboch, ako spojiť umelú inteligenciu s experimentálnym výskumom.Pevne verí, že „integrácia pokročilej diagnostiky, strojového učenia a pokročilých nástrojov na modelovanie prinesie ovocie do 10 rokov.“
Bucciho tím vyvíja samostatné laboratórium na vykonávanie experimentov prenosu tepla varom.Na základe strojového učenia sa nastavenie rozhodne, ktoré experimenty sa spustia, na základe vzdelávacích cieľov stanovených tímom."Pýtame sa otázku, na ktorú stroj odpovie optimalizáciou druhov experimentov potrebných na zodpovedanie týchto otázok," povedal Bucci."Úprimne si myslím, že toto je ďalšia hranica, ktorá vrie."
"Keď vyleziete na strom a dostanete sa na vrchol, uvedomíte si, že horizont je širší a krajší," povedal Butch o svojom nadšení pre ďalší výskum v tejto oblasti.
Aj keď sa Bucci snažil dosiahnuť nové výšky, nezabudol, odkiaľ pochádza.Na pripomenutie toho, že Taliansko usporiadalo Majstrovstvá sveta vo futbale v roku 1990, séria plagátov zobrazuje futbalový štadión v Koloseu, ktorý má svoje miesto v jeho dome a kancelárii.Tieto plagáty, ktoré vytvoril Alberto Burri, majú sentimentálnu hodnotu: taliansky umelec (teraz už zosnulý) pochádzal tiež z Bucciho rodného mesta, Citta di Castello.
Čas odoslania: 10. august 2022