To je otázka, která mátla vědce už celé století.Matteo Bucci, odborný asistent na katedře jaderné vědy a inženýrství (NSE), však, podpořený cenou 625 000 dolarů amerického ministerstva energetiky (DoE) za počátek kariéry, doufá, že se přiblíží k odpovědi.
Ať už ohříváte hrnec s vodou na těstoviny nebo navrhujete jaderný reaktor, jeden jev – vaření – je kritický pro efektivní oba procesy.
„Vaření je velmi účinný mechanismus přenosu tepla;tímto způsobem se z povrchu odebírá velké množství tepla, a proto se používá v mnoha aplikacích s vysokou hustotou výkonu,“ řekl Bucci.Příklad použití: jaderný reaktor.
Pro nezasvěcené vypadá vaření jednoduše – tvoří se bubliny, které praskají a odebírají teplo.Ale co když se vytvořilo tolik bublin a spojilo se a vytvořilo pruh páry, který bránil dalšímu přenosu tepla?Takovým problémem je známá entita známá jako krize varu.To by vedlo k tepelnému úniku a selhání palivových tyčí v jaderném reaktoru.Proto je „pochopení a identifikace podmínek, za kterých může dojít ke krizi varu, zásadní pro vývoj účinnějších a nákladově konkurenceschopných jaderných reaktorů,“ řekl Butch.
První spisy o doutnající krizi pocházejí téměř století před rokem 1926. I když bylo vykonáno mnoho práce, „je jasné, že jsme nenašli odpověď,“ řekl Bucci.Problémem zůstávají krize varu, protože navzdory velkému množství modelů je obtížné příslušné jevy změřit, abychom je dokázali nebo vyvrátili.„[Vaření] je proces, který se děje ve velmi, velmi malém měřítku a ve velmi, velmi krátkém časovém období,“ řekl Bucci."Nemůžeme to sledovat s úrovní detailů potřebnou k tomu, abychom pochopili, co se skutečně děje, a testovali hypotézy."
Během několika posledních let však Bucci a jeho tým vyvíjeli diagnostiku, která dokáže měřit jevy související s varem a poskytnout tolik potřebnou odpověď na klasickou otázku.Diagnostika je založena na infračervených metodách měření teploty pomocí viditelného světla.„Myslím, že spojením těchto dvou technologií budeme připraveni odpovědět na otázky dlouhodobého přenosu tepla a budeme schopni vylézt z králičí nory,“ řekl Bucci.Granty amerického ministerstva energetiky z programu Nuclear Power Program pomohou této studii a dalším Bucciho výzkumným snahám.
Pro Bucciho, který vyrostl v Citta di Castello, malém městě nedaleko italské Florencie, není řešení hádanek nic nového.Butchova matka byla učitelkou na základní škole.Jeho otec měl strojírnu, která podporovala Bucciho vědecký koníček.„Jako dítě jsem byl velkým fanouškem Lega.Byla to vášeň,“ dodal.
Ačkoli Itálie zažila během svých formativních let vážný pokles jaderné energie, toto téma Bucciho fascinovalo.Pracovní příležitosti v oboru byly nejisté, ale Bucci se rozhodl sáhnout hlouběji.„Pokud musím po zbytek života něco dělat, není to tak dobré, jak bych chtěl,“ vtipkoval.Bucci studoval jaderné inženýrství pregraduální a postgraduální studium na univerzitě v Pise.
Jeho zájem o mechanismy přenosu tepla měl kořeny v jeho doktorském výzkumu, na kterém pracoval ve Francouzské komisi pro alternativní energii a atomovou energii (CEA) v Paříži.Kolega tam navrhl pracovat na krizi s vařící vodou.Tentokrát se Bucci zaměřil na NSE MIT a kontaktoval profesora Jacopa Buongiorna, aby se zeptal na výzkum institutu.Bucci musel získat finanční prostředky v CEA na výzkum na MIT.Přijel se zpáteční jízdenkou několik dní před bombovým útokem na Bostonský maraton v roce 2013.Ale od té doby tam Bucci zůstal, stal se vědeckým pracovníkem a poté odborným asistentem na NSE.
Bucci přiznává, že se těžko přizpůsoboval svému prostředí, když se poprvé zapsal na MIT, ale práce a přátelství s kolegy – Guanyu Su a Rezu Azizyana z NSE považuje za své nejlepší přátele – pomohly překonat počáteční obavy.
Kromě diagnostiky varu Bucci a jeho tým pracují také na způsobech, jak spojit umělou inteligenci s experimentálním výzkumem.Pevně věří, že „integrace pokročilé diagnostiky, strojového učení a pokročilých modelovacích nástrojů přinese ovoce během deseti let.“
Bucciho tým vyvíjí samostatnou laboratoř pro provádění experimentů s přenosem tepla varem.Díky strojovému učení se nastavení rozhodne, které experimenty spustí, na základě výukových cílů stanovených týmem."Pokládáme otázku, na kterou stroj odpoví optimalizací druhů experimentů potřebných k zodpovězení těchto otázek," řekl Bucci."Upřímně si myslím, že tohle je další hranice, která vře."
"Když vylezete na strom a dostanete se nahoru, uvědomíte si, že obzor je širší a krásnější," řekl Butch o svém nadšení pro další výzkum v této oblasti.
Ani ve snaze dosáhnout nových výšin Bucci nezapomněl, odkud pochází.Na připomenutí toho, že Itálie pořádala Mistrovství světa ve fotbale 1990, zobrazuje série plakátů fotbalový stadion uvnitř Kolosea, který má v jeho domě a kanceláři čestné místo.Tyto plakáty, které vytvořil Alberto Burri, mají sentimentální hodnotu: italský umělec (dnes již zesnulý) pocházel také z Bucciho rodného města, Citta di Castello.
Čas odeslání: 10. srpna 2022