Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler seit einem Jahrhundert.Aber gestützt durch einen Early Career Distinguished Service Award des US-Energieministeriums (DoE) in Höhe von 625.000 US-Dollar hofft Matteo Bucci, Assistenzprofessor am Department of Nuclear Science and Engineering (NSE), einer Antwort näher zu kommen.
Egal, ob Sie einen Topf Wasser für Nudeln erhitzen oder einen Kernreaktor entwerfen, ein Phänomen – das Kochen – ist entscheidend für die Effizienz beider Prozesse.
„Sieden ist ein sehr effizienter Wärmeübertragungsmechanismus;Auf diese Weise wird eine große Menge Wärme von der Oberfläche abgeführt, weshalb sie in vielen Anwendungen mit hoher Leistungsdichte eingesetzt wird“, sagte Bucci.Anwendungsbeispiel: Kernreaktor.
Für den Uneingeweihten sieht das Kochen einfach aus – es bilden sich Blasen, die platzen und Wärme entziehen.Aber was wäre, wenn sich so viele Blasen bildeten und zusammenfügten und einen Dampfstreifen erzeugten, der eine weitere Wärmeübertragung verhinderte?Ein solches Problem ist eine bekannte Entität, die als Siedekrise bekannt ist.Dies würde zu einem thermischen Durchgehen und einem Versagen der Brennstäbe im Kernreaktor führen.Daher „ist es entscheidend, die Bedingungen zu verstehen und zu identifizieren, unter denen eine Siedekrise auftreten kann, um effizientere und kostengünstigere Kernreaktoren zu entwickeln“, sagte Butch.
Frühe Schriften über die schwelende Krise reichen fast ein Jahrhundert vor 1926 zurück. Obwohl viel Arbeit geleistet wurde, „ist es klar, dass wir keine Antwort gefunden haben“, sagte Bucci.Siedekrisen bleiben ein Problem, weil es trotz der Fülle an Modellen schwierig ist, die relevanten Phänomene zu messen, um sie zu beweisen oder zu widerlegen.„[Boiling] ist ein Prozess, der in sehr, sehr kleinem Maßstab und über einen sehr, sehr kurzen Zeitraum abläuft“, sagte Bucci."Wir können es nicht mit dem Detaillierungsgrad ansehen, der erforderlich ist, um zu verstehen, was wirklich vor sich geht, und Hypothesen zu testen."
Aber in den letzten Jahren haben Bucci und sein Team Diagnostika entwickelt, die Phänomene im Zusammenhang mit dem Kochen messen und eine dringend benötigte Antwort auf eine klassische Frage geben können.Die Diagnose basiert auf Infrarot-Temperaturmessverfahren mit sichtbarem Licht.„Durch die Kombination dieser beiden Technologien werden wir meines Erachtens bereit sein, die Fragen der langfristigen Wärmeübertragung zu beantworten und aus dem Kaninchenbau herauszuklettern“, sagte Bucci.Zuschüsse des US-Energieministeriums aus dem Nuclear Power Program werden diese Studie und andere Forschungsanstrengungen von Bucci unterstützen.
Für Bucci, der in Citta di Castello, einer kleinen Stadt in der Nähe von Florenz, aufgewachsen ist, ist das Lösen von Rätseln nichts Neues.Butchs Mutter war Grundschullehrerin.Sein Vater hatte eine Maschinenwerkstatt, die Buccis wissenschaftliches Hobby förderte.„Als Kind war ich ein großer Lego-Fan.Es war Leidenschaft“, fügte er hinzu.
Obwohl Italien in seinen Gründungsjahren einen starken Niedergang der Atomkraft erlebte, faszinierte das Thema Bucci.Jobmöglichkeiten in diesem Bereich waren ungewiss, aber Bucci beschloss, tiefer zu graben.„Wenn ich für den Rest meines Lebens etwas tun muss, ist es nicht so gut, wie ich es gerne hätte“, scherzte er.Bucci studierte Nukleartechnik im Grund- und Aufbaustudium an der Universität Pisa.
Sein Interesse an Wärmeübertragungsmechanismen wurzelte in seiner Doktorarbeit, an der er bei der französischen Kommission für alternative Energie und Atomenergie (CEA) in Paris arbeitete.Dort schlug ein Kollege vor, an der Siedewasserkrise zu arbeiten.Dieses Mal richtete Bucci sein Augenmerk auf die NSE des MIT und kontaktierte Professor Jacopo Buongiorno, um sich nach der Forschung des Instituts zu erkundigen.Bucci musste bei CEA Gelder für die Forschung am MIT aufbringen.Er kam Tage vor dem Bombenanschlag auf den Boston-Marathon 2013 mit einem Hin- und Rückflugticket an.Aber seitdem ist Bucci dort geblieben, wurde Forschungswissenschaftler und dann Assistenzprofessor an der NSE.
Bucci gibt zu, dass es ihm schwer fiel, sich an seine Umgebung anzupassen, als er sich zum ersten Mal am MIT einschrieb, aber die Arbeit und Freundschaften mit Kollegen – er betrachtet Guanyu Su von NSE und Reza Azizyan als seine besten Freunde – halfen, frühe Bedenken zu überwinden.
Neben der Furunkeldiagnostik arbeiten Bucci und sein Team auch daran, künstliche Intelligenz mit experimenteller Forschung zu kombinieren.Er ist fest davon überzeugt, dass „die Integration fortschrittlicher Diagnose-, maschineller Lern- und fortschrittlicher Modellierungswerkzeuge innerhalb eines Jahrzehnts Früchte tragen wird“.
Buccis Team entwickelt ein in sich geschlossenes Labor, um Experimente zur Übertragung von Siedewärme durchzuführen.Basierend auf maschinellem Lernen entscheidet das Setup, welche Experimente auf der Grundlage der vom Team festgelegten Lernziele durchgeführt werden sollen.„Wir stellen eine Frage, die die Maschine beantworten wird, indem sie die Arten von Experimenten optimieren, die zur Beantwortung dieser Fragen erforderlich sind“, sagte Bucci.„Ich denke ehrlich, dass dies die nächste Grenze ist, die brodelt.“
„Wenn man auf einen Baum klettert und oben ankommt, stellt man fest, dass der Horizont weiter und schöner ist“, sagte Butch über seine Begeisterung für weitere Forschungen auf diesem Gebiet.
Auch wenn er nach neuen Höhen strebt, hat Bucci nicht vergessen, woher er kommt.Zum Gedenken an Italiens Gastgeber der FIFA Fussball-Weltmeisterschaft 1990 zeigt eine Reihe von Plakaten das Fußballstadion im Inneren des Kolosseums, das in seinem Haus und Büro einen Ehrenplatz einnimmt.Diese von Alberto Burri geschaffenen Plakate haben sentimentalen Wert: Der italienische Künstler (inzwischen verstorben) stammte ebenfalls aus Buccis Heimatstadt Citta di Castello.
Postzeit: 10. August 2022