Αυτό είναι ένα ερώτημα που προβληματίζει τους επιστήμονες εδώ και έναν αιώνα.Όμως, με το Βραβείο Διακεκριμένης Υπηρεσίας του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DoE) ύψους 625.000 δολαρίων, ο Matteo Bucci, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Πυρηνικής Επιστήμης και Μηχανικής (NSE), ελπίζει να πλησιάσει σε μια απάντηση.
Είτε θερμαίνετε μια κατσαρόλα με νερό για ζυμαρικά είτε σχεδιάζετε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, ένα φαινόμενο - το βράσιμο - είναι κρίσιμο και για τις δύο διαδικασίες αποτελεσματικά.
«Ο βρασμός είναι ένας πολύ αποτελεσματικός μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας.Έτσι αφαιρείται μεγάλη ποσότητα θερμότητας από την επιφάνεια, γι' αυτό και χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές υψηλής πυκνότητας ισχύος», είπε ο Bucci.Παράδειγμα χρήσης: πυρηνικός αντιδραστήρας.
Για τους μη μυημένους, το βράσιμο φαίνεται απλό – σχηματίζονται φυσαλίδες που σκάνε, αφαιρώντας τη θερμότητα.Τι θα γινόταν όμως αν σχηματίζονταν και συνενώνονταν τόσες πολλές φυσαλίδες, δημιουργώντας μια λωρίδα ατμού που εμπόδιζε την περαιτέρω μεταφορά θερμότητας;Ένα τέτοιο πρόβλημα είναι μια πολύ γνωστή οντότητα που είναι γνωστή ως η κρίση βρασμού.Αυτό θα οδηγούσε σε θερμική διαφυγή και αστοχία των ράβδων καυσίμου στον πυρηνικό αντιδραστήρα.Ως εκ τούτου, «η κατανόηση και ο εντοπισμός των συνθηκών κάτω από τις οποίες μπορεί να συμβεί μια κρίση βρασμού είναι κρίσιμης σημασίας για την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών και ανταγωνιστικών από πλευράς κόστους πυρηνικών αντιδραστήρων», είπε ο Μπουτς.
Τα πρώτα γραπτά για την κρίση που σιγοβράζει χρονολογούνται σχεδόν έναν αιώνα πριν από το 1926. Αν και έχει γίνει πολλή δουλειά, «είναι σαφές ότι δεν βρήκαμε απάντηση», είπε ο Bucci.Οι κρίσεις βρασμού παραμένουν πρόβλημα γιατί, παρά την αφθονία των μοντέλων, είναι δύσκολο να μετρηθούν τα σχετικά φαινόμενα προκειμένου να αποδειχθούν ή να διαψευσθούν.«[Το βράσιμο] είναι μια διαδικασία που συμβαίνει σε πολύ, πολύ μικρή κλίμακα και σε πολύ, πολύ σύντομο χρονικό διάστημα», είπε ο Bucci.«Δεν μπορούμε να το παρακολουθήσουμε με το επίπεδο λεπτομέρειας που χρειάζεται για να καταλάβουμε τι πραγματικά συμβαίνει και να ελέγξουμε υποθέσεις».
Όμως τα τελευταία χρόνια, ο Bucci και η ομάδα του ανέπτυξαν διαγνωστικά που μπορούν να μετρήσουν φαινόμενα που σχετίζονται με το βρασμό και να δώσουν μια πολύ αναγκαία απάντηση σε μια κλασική ερώτηση.Η διάγνωση βασίζεται σε μεθόδους μέτρησης υπέρυθρης θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας ορατό φως.«Συνδυάζοντας αυτές τις δύο τεχνολογίες, νομίζω ότι θα είμαστε έτοιμοι να απαντήσουμε στις μακροπρόθεσμες ερωτήσεις μεταφοράς θερμότητας και να μπορέσουμε να βγούμε από την τρύπα του κουνελιού», είπε ο Bucci.Οι επιχορηγήσεις του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ από το Πρόγραμμα Πυρηνικής Ενέργειας θα βοηθήσουν αυτή τη μελέτη και τις άλλες ερευνητικές προσπάθειες του Bucci.
Για τον Bucci, ο οποίος μεγάλωσε στην Citta di Castello, μια μικρή πόλη κοντά στη Φλωρεντία, στην Ιταλία, η επίλυση γρίφων δεν είναι κάτι καινούργιο.Η μητέρα του Μπουτς ήταν δασκάλα δημοτικού.Ο πατέρας του είχε ένα μηχανουργείο που προώθησε το επιστημονικό χόμπι του Μπούτσι.«Ήμουν μεγάλος θαυμαστής των Lego ως παιδί.Ήταν πάθος», πρόσθεσε.
Αν και η Ιταλία βίωσε μια σοβαρή πτώση της πυρηνικής ενέργειας κατά τη διάρκεια των χρόνων διαμόρφωσης της, το θέμα γοήτευσε τον Μπούτσι.Οι ευκαιρίες για δουλειά στον τομέα ήταν αβέβαιες, αλλά ο Bucci αποφάσισε να σκάψει βαθύτερα.«Αν πρέπει να κάνω κάτι για το υπόλοιπο της ζωής μου, δεν είναι τόσο καλό όσο θα ήθελα», αστειεύτηκε.Ο Bucci σπούδασε πυρηνική μηχανική προπτυχιακές και μεταπτυχιακές σπουδές στο Πανεπιστήμιο της Πίζας.
Το ενδιαφέρον του για τους μηχανισμούς μεταφοράς θερμότητας είχε τις ρίζες του στη διδακτορική του έρευνα, στην οποία εργάστηκε στη Γαλλική Επιτροπή Εναλλακτικής Ενέργειας και Ατομικής Ενέργειας (CEA) στο Παρίσι.Εκεί, ένας συνάδελφος πρότεινε να δουλέψουμε για την κρίση του βραστού νερού.Αυτή τη φορά, ο Bucci έβαλε το βλέμμα του στο NSE του MIT και επικοινώνησε με τον καθηγητή Jacopo Buongiorno για να ρωτήσει σχετικά με την έρευνα του ινστιτούτου.Ο Bucci έπρεπε να συγκεντρώσει κεφάλαια στο CEA για έρευνα στο MIT.Έφτασε με εισιτήριο μετ' επιστροφής μέρες πριν από τη βομβιστική επίθεση στον Μαραθώνιο της Βοστώνης το 2013.Αλλά από τότε ο Bucci έμεινε εκεί, έγινε ερευνητής και στη συνέχεια επίκουρος καθηγητής στο NSE.
Ο Bucci παραδέχεται ότι δυσκολεύτηκε να προσαρμοστεί στο περιβάλλον του όταν γράφτηκε για πρώτη φορά στο MIT, αλλά η δουλειά και οι φιλίες με συναδέλφους - θεωρεί τον Guanyu Su και τον Reza Azizyan του NSE ως τους καλύτερους φίλους του - βοήθησαν να ξεπεραστούν οι πρόωροι ενδοιασμοί.
Εκτός από τη διάγνωση βρασμού, ο Bucci και η ομάδα του εργάζονται επίσης σε τρόπους συνδυασμού της τεχνητής νοημοσύνης με την πειραματική έρευνα.Πιστεύει ακράδαντα ότι «η ενσωμάτωση προηγμένων διαγνωστικών, μηχανικής μάθησης και προηγμένων εργαλείων μοντελοποίησης θα αποφέρει καρπούς μέσα σε μια δεκαετία».
Η ομάδα του Bucci αναπτύσσει ένα αυτόνομο εργαστήριο για τη διεξαγωγή πειραμάτων μεταφοράς θερμότητας βρασμού.Με την υποστήριξη της μηχανικής μάθησης, η ρύθμιση αποφασίζει ποια πειράματα θα εκτελεστούν με βάση τους στόχους εκμάθησης που έχει ορίσει η ομάδα.«Θέτουμε μια ερώτηση στην οποία το μηχάνημα θα απαντήσει βελτιστοποιώντας τα είδη πειραμάτων που απαιτούνται για να απαντηθούν αυτές οι ερωτήσεις», είπε ο Bucci.«Ειλικρινά πιστεύω ότι αυτό είναι το επόμενο σύνορο που σιγοβράζει».
«Όταν σκαρφαλώνεις σε ένα δέντρο και φτάνεις στην κορυφή, συνειδητοποιείς ότι ο ορίζοντας είναι ευρύτερος και πιο όμορφος», είπε ο Μπουτς για τον ενθουσιασμό του για περαιτέρω έρευνα σε αυτόν τον τομέα.
Ακόμη και αγωνιζόμενος για νέα ύψη, ο Bucci δεν έχει ξεχάσει από πού κατάγεται.Για τον εορτασμό της φιλοξενίας από την Ιταλία του Παγκοσμίου Κυπέλλου Ποδοσφαίρου του 1990, μια σειρά από αφίσες δείχνουν το γήπεδο ποδοσφαίρου μέσα στο Κολοσσαίο, να παίρνει περήφανα θέση στο σπίτι και στο γραφείο του.Αυτές οι αφίσες, που δημιουργήθηκαν από τον Alberto Burri, έχουν συναισθηματική αξία: ο Ιταλός καλλιτέχνης (τώρα αποβιώσας) ήταν επίσης από τη γενέτειρα του Bucci, την Citta di Castello.
Ώρα δημοσίευσης: Αύγ-10-2022