Detta är en fråga som har förbryllat forskare i ett sekel.Men tack vare ett pris på $625 000 US Department of Energy (DoE) Early Career Distinguished Service Award, hoppas Matteo Bucci, biträdande professor vid institutionen för kärnkraftsvetenskap och teknik (NSE), komma närmare ett svar.
Oavsett om du värmer en kastrull med vatten för pasta eller designar en kärnreaktor, är ett fenomen – kokning – avgörande för att båda processerna ska fungera effektivt.
”Kokning är en mycket effektiv värmeöverföringsmekanism;det är så en stor mängd värme avlägsnas från ytan, vilket är anledningen till att den används i många applikationer med hög effekttäthet, säger Bucci.Användningsexempel: kärnreaktor.
För den oinvigde ser det enkelt att koka – det bildas bubblor som spricker och tar bort värme.Men vad händer om så många bubblor bildas och smälter samman, vilket skapar en strimma av ånga som förhindrade ytterligare värmeöverföring?Ett sådant problem är en välkänd enhet känd som den kokande krisen.Detta skulle leda till termisk rusning och haveri av bränslestavarna i kärnreaktorn.Därför är "att förstå och identifiera villkoren under vilka en kokande kris kan uppstå avgörande för att utveckla mer effektiva och kostnadseffektiva kärnreaktorer," sa Butch.
Tidiga skrifter om den sjudande krisen går tillbaka nästan ett sekel före 1926. Även om mycket arbete har gjorts, "är det uppenbart att vi inte har hittat något svar", sa Bucci.Kokande kriser förblir ett problem eftersom det, trots överflöd av modeller, är svårt att mäta relevanta fenomen för att bevisa eller motbevisa dem."[Kokning] är en process som sker i väldigt, väldigt liten skala och över en väldigt, väldigt kort tidsperiod," sa Bucci."Vi kan inte se det med den detaljnivå som behövs för att förstå vad som verkligen händer och testa hypoteser."
Men under de senaste åren har Bucci och hans team utvecklat diagnostik som kan mäta kokningsrelaterade fenomen och ge ett välbehövligt svar på en klassisk fråga.Diagnos baseras på infraröda temperaturmätningsmetoder med hjälp av synligt ljus."Genom att kombinera dessa två tekniker tror jag att vi kommer att vara redo att svara på de långsiktiga värmeöverföringsfrågorna och kunna klättra upp ur kaninhålet," sa Bucci.Det amerikanska energidepartementets bidrag från kärnkraftsprogrammet kommer att hjälpa denna studie och Buccis andra forskningsinsatser.
För Bucci, som växte upp i Citta di Castello, en liten stad nära Florens, Italien, är det inget nytt att lösa pussel.Butchs mamma var lågstadielärare.Hans far hade en maskinverkstad som främjade Buccis vetenskapliga hobby."Jag var ett stort fan av Lego som barn.Det var passion, tillade han.
Även om Italien upplevde en kraftig nedgång i kärnkraften under sina uppväxtår, fascinerade ämnet Bucci.Jobbmöjligheter på området var osäkra, men Bucci bestämde sig för att gräva djupare."Om jag måste göra något för resten av mitt liv är det inte så bra som jag skulle vilja", skämtade han.Bucci studerade kärnteknik på grund- och forskarnivå vid universitetet i Pisa.
Hans intresse för värmeöverföringsmekanismer bottnade i hans doktorandforskning, som han arbetade med vid den franska kommissionen för alternativ energi och atomenergi (CEA) i Paris.Där föreslog en kollega att jobba med kokvattenkrisen.Den här gången ställde Bucci sikte på MIT:s NSE och kontaktade professor Jacopo Buongiorno för att fråga om institutets forskning.Bucci var tvungen att samla in pengar vid CEA för forskning vid MIT.Han anlände med en tur- och returbiljett dagar före bombningen i Boston Marathon 2013.Men sedan dess har Bucci stannat där, blivit forskare och sedan biträdande professor vid NSE.
Bucci medger att han hade svårt att anpassa sig till sin omgivning när han först skrev in sig på MIT, men arbete och vänskap med kollegor - han anser att NSE:s Guanyu Su och Reza Azizyan är hans bästa vänner - hjälpte till att övervinna tidiga farhågor.
Förutom kokdiagnostik arbetar Bucci och hans team också på sätt att kombinera artificiell intelligens med experimentell forskning.Han är övertygad om att "integreringen av avancerad diagnostik, maskininlärning och avancerade modelleringsverktyg kommer att bära frukt inom ett decennium."
Buccis team utvecklar ett fristående laboratorium för att genomföra experiment med kokande värmeöverföring.Drivs av maskininlärning bestämmer installationen vilka experiment som ska köras baserat på inlärningsmålen som satts upp av teamet."Vi ställer en fråga som maskinen kommer att besvara genom att optimera de typer av experiment som behövs för att besvara dessa frågor," sa Bucci."Jag tror ärligt talat att det här är nästa gräns som puttrar."
"När du klättrar i ett träd och kommer till toppen inser du att horisonten är bredare och vackrare," sa Butch om sin entusiasm för vidare forskning inom detta område.
Även strävan mot nya höjder har Bucci inte glömt var han kommer ifrån.För att fira Italiens värd för fotbolls-VM 1990 visar en serie affischer fotbollsstadion inne i Colosseum, med en stolt plats i hans hem och kontor.Dessa affischer, skapade av Alberto Burri, har sentimentalt värde: den italienska konstnären (nu avliden) var också från Buccis hemstad, Citta di Castello.
Posttid: 2022-aug-10