Šis ir jautājums, kas zinātniekus mulsina jau gadsimtu.Taču, ņemot vērā ASV Enerģētikas departamenta (DoE) agrīnās karjeras izcilo pakalpojumu balvu, 625 000 USD, Kodolzinātņu un inženierzinātņu katedras (NSE) docents Matteo Bucci cer iegūt tuvāk atbildi.
Neatkarīgi no tā, vai karsējat ūdeni makaronu pagatavošanai vai projektējat kodolreaktoru, viena parādība — vārīšanās — ir būtiska abu procesu efektīvai darbībai.
“Vārīšana ir ļoti efektīvs siltuma pārneses mehānisms;šādā veidā no virsmas tiek noņemts liels siltuma daudzums, tāpēc to izmanto daudzos liela jaudas blīvuma lietojumos, ”sacīja Bucci.Lietošanas piemērs: kodolreaktors.
Nezinātājam vārīšana šķiet vienkārša – veidojas burbuļi, kas plīst, noņemot siltumu.Bet ko darīt, ja izveidotos un saplūstu tik daudz burbuļu, radot tvaika svītru, kas kavētu turpmāku siltuma pārnesi?Šāda problēma ir plaši pazīstama vienība, kas pazīstama kā viršanas krīze.Tas novestu pie termiskās bēgšanas un degvielas stieņu atteices kodolreaktorā.Tāpēc "izpratne un apstākļu noteikšana, kādos var rasties viršanas krīze, ir ļoti svarīga, lai izstrādātu efektīvākus un izmaksu ziņā konkurētspējīgākus kodolreaktorus," sacīja Butčs.
Agrīnie raksti par gruzdošo krīzi ir datēti gandrīz gadsimtu pirms 1926. gada. Lai gan ir paveikts liels darbs, "ir skaidrs, ka mēs neesam atraduši atbildi," sacīja Buči.Viršanas krīzes joprojām ir problēma, jo, neskatoties uz modeļu pārpilnību, ir grūti izmērīt attiecīgās parādības, lai tās pierādītu vai atspēkotu."[Vārīšana] ir process, kas notiek ļoti, ļoti mazā mērogā un ļoti, ļoti īsā laika periodā," sacīja Bucci."Mēs nevaram to noskatīties tik detalizēti, lai saprastu, kas patiesībā notiek, un pārbaudītu hipotēzes."
Taču pēdējos gados Bucci un viņa komanda ir izstrādājuši diagnostiku, kas var izmērīt ar viršanu saistītas parādības un sniegt tik ļoti nepieciešamo atbildi uz klasisko jautājumu.Diagnoze pamatojas uz infrasarkanās temperatūras mērīšanas metodēm, izmantojot redzamo gaismu."Apvienojot šīs divas tehnoloģijas, es domāju, ka mēs būsim gatavi atbildēt uz ilgtermiņa siltuma pārneses jautājumiem un varēsim izkāpt no trušu bedres," sacīja Bucci.ASV Enerģētikas departamenta dotācijas no Kodolenerģijas programmas palīdzēs šim pētījumam un citiem Bucci pētniecības centieniem.
Bucci, kurš uzauga Citta di Castello, mazā pilsētiņā netālu no Florences, Itālijā, mīklu risināšana nav nekas jauns.Butča māte bija pamatskolas skolotāja.Viņa tēvam bija mašīnu darbnīca, kas veicināja Bucci zinātnisko hobiju.“Bērnībā es biju liels Lego fans.Tā bija aizraušanās," viņš piebilda.
Lai gan Itālija tās veidošanās gados piedzīvoja nopietnu kodolenerģijas samazināšanos, šī tēma aizrāva Buči.Darba iespējas šajā jomā bija neskaidras, bet Bucci nolēma rakt dziļāk."Ja man kaut kas jādara visu atlikušo mūžu, tas nav tik labi, kā es vēlētos," viņš jokoja.Bucci studēja kodolinženierijas bakalaura un pēcdiploma studijas Pizas Universitātē.
Viņa interese par siltuma pārneses mehānismiem sakņojas viņa doktora studijās, pie kurām viņš strādāja Francijas Alternatīvās enerģijas un atomenerģijas komisijā (CEA) Parīzē.Tur kolēģis ieteica strādāt pie verdošā ūdens krīzes.Šoreiz Bucci pievērsa uzmanību MIT NSE un sazinājās ar profesoru Jacopo Buongiorno, lai uzzinātu par institūta pētījumiem.Bucci bija jāsavāc līdzekļi CEA pētījumiem MIT.Viņš ieradās ar biļeti turp un atpakaļ dienas pirms 2013. gada Bostonas maratona sprādziena.Bet kopš tā laika Bucci tur ir palicis, kļūstot par pētnieku un pēc tam par NSE docentu.
Bucci atzīst, ka viņam bija grūti pielāgoties savai videi, kad viņš pirmo reizi iestājās MIT, taču darbs un draudzība ar kolēģiem — viņš uzskata NSE Guanyu Su un Reza Azizyan par viņa labākajiem draugiem — palīdzēja pārvarēt agrīnās šaubas.
Papildus vārīšanās diagnostikai Bucci un viņa komanda strādā arī pie veidiem, kā apvienot mākslīgo intelektu ar eksperimentālo izpēti.Viņš ir stingri pārliecināts, ka "uzlabotas diagnostikas, mašīnmācīšanās un modernu modelēšanas rīku integrācija nesīs augļus desmit gadu laikā."
Bucci komanda izstrādā autonomu laboratoriju, lai veiktu viršanas siltuma pārneses eksperimentus.Izmantojot mašīnmācīšanos, iestatīšana izlemj, kurus eksperimentus veikt, pamatojoties uz komandas noteiktajiem mācību mērķiem."Mēs uzdodam jautājumu, uz kuru mašīna atbildēs, optimizējot eksperimentu veidus, kas nepieciešami, lai atbildētu uz šiem jautājumiem," sacīja Bucci."Es godīgi domāju, ka šī ir nākamā robeža, kas virmo."
"Kad jūs uzkāpjat kokā un nokļūstat virsotnē, jūs saprotat, ka horizonts ir plašāks un skaistāks," par entuziasmu par turpmākiem pētījumiem šajā jomā sacīja Butčs.
Pat tiecoties pēc jaunām virsotnēm, Buči nav aizmirsis, no kurienes nāk.Pieminot Itālijas 1990. gada FIFA Pasaules kausa izcīņas rīkošanu, virknē plakātu ir attēlots futbola stadions Kolizejā, ieņemot lepnumu viņa mājās un birojā.Šiem Alberto Burri veidotajiem plakātiem ir sentimentāla vērtība: itāļu mākslinieks (tagad jau miris) bija arī no Buči dzimtās pilsētas Citta di Castello.
Publicēšanas laiks: 10. augusts 2022