Ini adalah persoalan yang membingungkan para saintis selama satu abad.Tetapi, disokong oleh Anugerah Perkhidmatan Cemerlang Kerjaya Awal Jabatan Tenaga (DoE) AS $625,000, Matteo Bucci, penolong profesor di Jabatan Sains dan Kejuruteraan Nuklear (NSE), berharap untuk mendapatkan jawapan yang lebih dekat.
Sama ada anda memanaskan periuk air untuk pasta atau mereka bentuk reaktor nuklear, satu fenomena—mendidih—adalah penting untuk kedua-dua proses dengan cekap.
“Mendidih ialah mekanisme pemindahan haba yang sangat cekap;beginilah cara sejumlah besar haba dikeluarkan dari permukaan, itulah sebabnya ia digunakan dalam banyak aplikasi ketumpatan kuasa tinggi,” kata Bucci.Contoh penggunaan: reaktor nuklear.
Bagi yang belum tahu, mendidih kelihatan mudah - gelembung terbentuk yang pecah, mengeluarkan haba.Tetapi bagaimana jika begitu banyak buih terbentuk dan bergabung, mewujudkan coretan wap yang menghalang pemindahan haba selanjutnya?Masalah sedemikian adalah entiti terkenal yang dikenali sebagai krisis mendidih.Ini akan membawa kepada pelarian haba dan kegagalan rod bahan api dalam reaktor nuklear.Oleh itu, "memahami dan mengenal pasti keadaan di mana krisis mendidih boleh berlaku adalah penting untuk membangunkan reaktor nuklear yang lebih cekap dan berdaya saing kos," kata Butch.
Tulisan awal mengenai krisis yang membara bermula hampir satu abad sebelum 1926. Walaupun banyak kerja telah dilakukan, "jelas bahawa kami tidak menemui jawapan," kata Bucci.Krisis pendidihan kekal sebagai masalah kerana, walaupun terdapat banyak model, adalah sukar untuk mengukur fenomena yang berkaitan untuk membuktikan atau menafikannya."[Mendidih] ialah proses yang berlaku pada skala yang sangat, sangat kecil dan dalam tempoh masa yang sangat, sangat singkat," kata Bucci."Kami tidak boleh menontonnya dengan tahap perincian yang diperlukan untuk memahami apa yang sebenarnya berlaku dan menguji hipotesis."
Tetapi sejak beberapa tahun kebelakangan ini, Bucci dan pasukannya telah membangunkan diagnostik yang boleh mengukur fenomena berkaitan pendidihan dan memberikan jawapan yang sangat diperlukan kepada soalan klasik.Diagnosis adalah berdasarkan kaedah pengukuran suhu inframerah menggunakan cahaya yang boleh dilihat."Dengan menggabungkan kedua-dua teknologi ini, saya fikir kami akan bersedia untuk menjawab soalan pemindahan haba jangka panjang dan dapat memanjat keluar dari lubang arnab," kata Bucci.Geran Jabatan Tenaga AS daripada Program Tenaga Nuklear akan membantu kajian ini dan usaha penyelidikan Bucci yang lain.
Bagi Bucci, yang dibesarkan di Citta di Castello, sebuah bandar kecil berhampiran Florence, Itali, menyelesaikan teka-teki bukanlah perkara baharu.Ibu Butch ialah seorang guru sekolah rendah.Bapanya mempunyai kedai mesin yang memajukan hobi saintifik Bucci.“Saya adalah peminat tegar Lego semasa kecil.Ia adalah semangat,” tambahnya.
Walaupun Itali mengalami kemerosotan teruk dalam kuasa nuklear semasa tahun pembentukannya, topik itu menarik perhatian Bucci.Peluang pekerjaan dalam bidang itu tidak pasti, tetapi Bucci memutuskan untuk menggali lebih dalam."Jika saya perlu melakukan sesuatu sepanjang hayat saya, ia tidak sebaik yang saya mahu," katanya bergurau.Bucci belajar kejuruteraan nuklear dan pengajian pascasiswazah di Universiti Pisa.
Minatnya dalam mekanisme pemindahan haba berakar umbi dalam penyelidikan kedoktorannya, yang diusahakannya di Suruhanjaya Tenaga Alternatif dan Tenaga Atom (CEA) Perancis di Paris.Di sana, seorang rakan sekerja mencadangkan bekerja pada krisis air mendidih.Kali ini, Bucci menumpukan perhatiannya pada NSE MIT dan menghubungi Profesor Jacopo Buongiorno untuk bertanya tentang penyelidikan institut itu.Bucci terpaksa mengumpul dana di CEA untuk penyelidikan di MIT.Dia tiba dengan tiket pergi dan balik beberapa hari sebelum pengeboman Marathon Boston 2013.Tetapi sejak itu Bucci telah tinggal di sana, menjadi seorang saintis penyelidikan dan kemudian penolong profesor di NSE.
Bucci mengakui dia mengalami kesukaran untuk menyesuaikan diri dengan persekitarannya ketika pertama kali mendaftar di MIT, tetapi kerja dan persahabatan dengan rakan sekerja — dia menganggap Guanyu Su dan Reza Azizyan NSE sebagai kawan baiknya — membantu mengatasi keraguan awal.
Selain diagnostik mendidih, Bucci dan pasukannya juga sedang mengusahakan cara untuk menggabungkan kecerdasan buatan dengan penyelidikan eksperimen.Beliau sangat percaya bahawa "penyatuan diagnostik lanjutan, pembelajaran mesin dan alat pemodelan lanjutan akan membuahkan hasil dalam tempoh sedekad."
Pasukan Bucci sedang membangunkan makmal serba lengkap untuk menjalankan eksperimen pemindahan haba mendidih.Dikuasakan oleh pembelajaran mesin, persediaan menentukan eksperimen yang akan dijalankan berdasarkan objektif pembelajaran yang ditetapkan oleh pasukan."Kami bertanya soalan yang akan dijawab oleh mesin dengan mengoptimumkan jenis eksperimen yang diperlukan untuk menjawab soalan tersebut," kata Bucci."Sejujurnya saya fikir ini adalah sempadan seterusnya yang sedang membara."
"Apabila anda memanjat pokok dan sampai ke puncak, anda menyedari bahawa ufuk adalah lebih luas dan lebih indah," kata Butch tentang semangatnya untuk penyelidikan lanjut di kawasan ini.
Walaupun berusaha untuk mencapai tahap baru, Bucci tidak lupa dari mana dia berasal.Untuk memperingati Itali menganjurkan Piala Dunia FIFA 1990, satu siri poster menunjukkan stadium bola sepak di dalam Colosseum, mengambil tempat di rumah dan pejabatnya.Poster ini, yang dicipta oleh Alberto Burri, mempunyai nilai sentimental: artis Itali (kini meninggal dunia) juga berasal dari kampung halaman Bucci, Citta di Castello.
Masa siaran: 10 Ogos 2022