Гэта пытанне, якое ставіць навукоўцаў у тупік на працягу стагоддзя.Але, падтрыманы прэміяй Міністэрства энергетыкі ЗША (DoE) у памеры 625 000 долараў ЗША, Матэа Бучы, дацэнт кафедры ядзернай навукі і тэхнікі (NSE), спадзяецца наблізіцца да адказу.
Незалежна ад таго, награваеце вы рондаль з вадой для пасты або праектуеце ядзерны рэактар, адна з'ява - кіпенне - мае вырашальнае значэнне для эфектыўнасці абодвух працэсаў.
«Кіпячэнне - гэта вельмі эфектыўны механізм перадачы цяпла;такім чынам вялікая колькасць цяпла выдаляецца з паверхні, таму ён выкарыстоўваецца ў многіх прыкладаннях з высокай шчыльнасцю магутнасці», - сказаў Бучы.Прыклад выкарыстання: атамны рэактар.
Для недасведчанага кіпячэнне выглядае проста - утвараюцца бурбалкі, якія лопаюцца, адводзячы цяпло.Але што, калі так шмат бурбалак утварылася і аб'ядналася, утварыўшы паласу пары, якая перашкаджала далейшай цеплаперадачы?Такая праблема з'яўляецца добра вядомай сутнасцю, вядомай як кіпячы крызіс.Гэта прывядзе да цеплавога разгону і адмовы паліўных стрыжняў у ядзерным рэактары.Такім чынам, «разуменне і вызначэнне ўмоў, пры якіх можа адбыцца крызіс кіпення, мае вырашальнае значэнне для распрацоўкі больш эфектыўных і эканамічна канкурэнтаздольных ядзерных рэактараў», - сказаў Бутч.
Раннія запісы аб кіпячым крызісе датуюцца амаль стагоддзем да 1926 года. Хаця было зроблена шмат працы, «відавочна, што мы не знайшлі адказу», сказаў Бучы.Крызісы кіпення застаюцца праблемай, таму што, нягледзячы на багацце мадэляў, цяжка вымераць адпаведныя з'явы, каб даказаць або абвергнуць іх."[Кіпячэнне] - гэта працэс, які адбываецца ў вельмі-вельмі малых маштабах і на працягу вельмі-вельмі кароткага перыяду часу", - сказаў Бучы.«Мы не можам назіраць за гэтым з такім узроўнем дэталізацыі, каб зразумець, што насамрэч адбываецца, і праверыць гіпотэзы».
Але за апошнія некалькі гадоў Бучы і яго каманда распрацоўвалі дыягностыку, якая можа вымяраць з'явы, звязаныя з кіпячэннем, і даць гэтак неабходны адказ на класічнае пытанне.Дыягностыка заснавана на інфрачырвоных метадах вымярэння тэмпературы з дапамогай бачнага святла.«Аб'яднаўшы гэтыя дзве тэхналогіі, я думаю, мы будзем гатовыя адказаць на пытанні доўгатэрміновай цеплаперадачы і зможам выбрацца з трусінай нары», - сказаў Бучы.Гранты Міністэрства энергетыкі ЗША ад Праграмы ядзернай энергетыкі дапамогуць гэтаму даследаванню і іншым даследчым намаганням Бучы.
Для Бучы, які вырас у Чыта-ды-Кастэла, мястэчку недалёка ад Фларэнцыі, Італія, разгадванне галаваломак не з'яўляецца чымсьці новым.Маці Буча была настаўніцай пачатковых класаў.У яго бацькі была машынная майстэрня, якая спрыяла навуковаму хобі Бучы.«У дзяцінстве я быў вялікім фанатам Lego.Гэта быў запал», — дадаў ён.
Хоць Італія перажыла сур'ёзны заняпад ядзернай энергетыкі ў гады свайго станаўлення, гэтая тэма захапіла Бучы.Магчымасці працаўладкавання ў гэтай галіне былі нявызначанымі, але Бучы вырашыў капнуць глыбей.«Калі ўсё астатняе жыццё трэба чымсьці займацца, то не так добра, як хацелася б», — пажартаваў ён.Бучы вывучаў ядзерную інжынерыю ў бакалаўрыяце і аспірантуры ў Пізанскім універсітэце.
Яго цікавасць да механізмаў цеплаперадачы караніцца ў яго доктарскіх даследаваннях, над якімі ён працаваў у Французскай камісіі па альтэрнатыўнай энергіі і атамнай энергіі (CEA) у Парыжы.Там калега прапанаваў папрацаваць над крызісам кіпеню.На гэты раз Бучы нацэліўся на NSE Масачусецкага тэхналагічнага інстытута і звязаўся з прафесарам Якопа Буанджорна, каб даведацца пра даследаванні інстытута.Бучы прыйшлося сабраць сродкі ў CEA для даследаванняў у Масачусецкім тэхналагічным інстытуце.Ён прыбыў з білетам туды і назад за некалькі дзён да выбуху на Бостанскім марафоне ў 2013 годзе.Але з таго часу Бучы застаўся там, стаўшы навукоўцам-даследчыкам, а потым дацэнтам у NSE.
Бучы прызнаецца, што яму было цяжка прыстасавацца да навакольнага асяроддзя, калі ён упершыню паступіў у Масачусецкі тэхналагічны інстытут, але праца і сяброўства з калегамі — ён лічыць Гуанью Су і Рэзу Азізяна з NSE сваімі лепшымі сябрамі — дапамаглі пераадолець раннія асцярогі.
У дадатак да дыягностыкі фурункула Бучы і яго каманда таксама працуюць над спосабамі аб'яднання штучнага інтэлекту з эксперыментальнымі даследаваннямі.Ён цвёрда ўпэўнены, што «інтэграцыя пашыранай дыягностыкі, машыннага навучання і перадавых інструментаў мадэлявання прынясе плён на працягу дзесяці гадоў».
Каманда Бучы распрацоўвае аўтаномную лабараторыю для правядзення эксперыментаў па перадачы цяпла пры кіпенні.На аснове машыннага навучання ўстаноўка вырашае, якія эксперыменты праводзіць, зыходзячы з мэт навучання, пастаўленых камандай.«Мы задаем пытанне, на якое машына адкажа, аптымізуючы віды эксперыментаў, неабходных для адказу на гэтыя пытанні», — сказаў Бучы.«Я шчыра лічу, што гэта наступная мяжа, якая кіпіць».
«Калі вы караскаецеся на дрэва і дабіраецеся да вяршыні, вы разумееце, што гарызонт шырэй і прыгажэй», - сказаў Бутч пра свой энтузіязм адносна далейшых даследаванняў у гэтай галіне.
Нават імкнучыся да новых вышынь, Буччи не забывае, адкуль ён родам.У памяць пра тое, што Італія прымала чэмпіянат свету па футболе 1990 года, серыя плакатаў паказвае футбольны стадыён у Калізеі, які займае ганаровае месца ў яго доме і офісе.Гэтыя плакаты, створаныя Альберта Буры, маюць сентыментальную каштоўнасць: італьянскі мастак (цяпер нябожчык) таксама быў з роднага горада Бучы, Чыта ды Кастэла.
Час публікацыі: 10 жніўня 2022 г