این سوالی است که دانشمندان را برای یک قرن متحیر کرده است.اما ماتئو بوچی، استادیار دپارتمان علوم و مهندسی هسته‌ای (NSE) با دریافت جایزه خدمات ممتاز 625000 دلاری وزارت انرژی ایالات متحده (DoE) امیدوار است به پاسخ نزدیک‌تر شود.
چه در حال گرم کردن یک گلدان آب برای پاستا یا طراحی یک راکتور هسته‌ای باشید، یک پدیده - جوشاندن - برای هر دو فرآیند موثر است.
«جوش یک مکانیسم انتقال حرارت بسیار کارآمد است.به این ترتیب مقدار زیادی گرما از سطح خارج می شود، به همین دلیل است که در بسیاری از برنامه های کاربردی با چگالی توان بالا استفاده می شود.مثال استفاده: راکتور هسته ای.
برای افراد ناآشنا، جوشیدن ساده به نظر می رسد - حباب هایی تشکیل می شوند که می ترکند و گرما را از بین می برند.اما اگر حباب‌های زیادی تشکیل شده و به هم می‌پیوندند و رگه‌ای از بخار ایجاد می‌کنند که از انتقال بیشتر گرما جلوگیری می‌کند، چه؟چنین مشکلی یک موجود شناخته شده است که به عنوان بحران جوش شناخته می شود.این منجر به فرار حرارتی و شکست میله های سوخت در راکتور هسته ای می شود.بوچ گفت، بنابراین، "درک و شناسایی شرایطی که تحت آن یک بحران جوش می تواند رخ دهد، برای توسعه راکتورهای هسته ای کارآمدتر و مقرون به صرفه تر حیاتی است."
نوشته‌های اولیه درباره بحران در حال جوشش تقریباً به یک قرن قبل از سال 1926 باز می‌گردد. بوچی گفت، در حالی که کارهای زیادی انجام شده است، "معلوم است که ما پاسخی پیدا نکرده‌ایم."بحران‌های جوششی همچنان یک مشکل باقی می‌مانند، زیرا با وجود مدل‌های فراوان، اندازه‌گیری پدیده‌های مربوطه برای اثبات یا رد آنها دشوار است.بوچی گفت: «[جوش] فرآیندی است که در مقیاس بسیار بسیار کوچک و در یک دوره زمانی بسیار بسیار کوتاه اتفاق می افتد.ما نمی‌توانیم آن را با سطح جزئیات مورد نیاز برای درک آنچه واقعاً در جریان است و آزمایش فرضیه‌ها تماشا کنیم.»
اما در چند سال گذشته، بوچی و تیمش در حال توسعه تشخیص هایی هستند که می تواند پدیده های مربوط به جوش را اندازه گیری کند و پاسخ بسیار مورد نیاز را برای یک سوال کلاسیک ارائه دهد.تشخیص بر اساس روش های اندازه گیری دمای مادون قرمز با استفاده از نور مرئی است.بوچی گفت: "با ترکیب این دو فناوری، فکر می کنم ما آماده پاسخگویی به سوالات طولانی مدت انتقال حرارت خواهیم بود و قادر خواهیم بود از سوراخ خرگوش خارج شویم."کمک های مالی وزارت انرژی ایالات متحده از برنامه انرژی هسته ای به این مطالعه و سایر تلاش های تحقیقاتی بوچی کمک خواهد کرد.
برای بوچی، که در Citta di Castello، یک شهر کوچک در نزدیکی فلورانس، ایتالیا بزرگ شده است، حل پازل چیز جدیدی نیست.مادر بوچ معلم دبستان بود.پدرش یک ماشین‌فروشی داشت که سرگرمی‌های علمی بوچی را بیشتر می‌کرد.من از بچگی از طرفداران پر و پا قرص لگو بودم.این اشتیاق بود.»
اگرچه ایتالیا در طول سال‌های شکل‌گیری خود با کاهش شدید انرژی هسته‌ای مواجه شد، این موضوع بوچی را مجذوب خود کرد.فرصت های شغلی در این زمینه نامشخص بود، اما بوچی تصمیم گرفت عمیق تر کند.او به شوخی گفت: "اگر مجبور باشم تا آخر عمر کاری انجام دهم، آنقدر که دوست دارم خوب نیست."بوچی در رشته مهندسی هسته ای در مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد در دانشگاه پیزا تحصیل کرد.
علاقه او به مکانیسم‌های انتقال حرارت ریشه در تحقیقات دکترای او داشت که در کمیسیون فرانسوی انرژی جایگزین و انرژی اتمی (CEA) در پاریس روی آن کار کرد.در آنجا، یکی از همکاران پیشنهاد کرد که روی بحران آب جوش کار شود.این بار، بوچی روی NSE MIT تمرکز کرد و با پروفسور Jacopo Buongiorno تماس گرفت تا در مورد تحقیقات موسسه جویا شود.بوچی مجبور شد برای تحقیق در MIT در CEA بودجه جمع آوری کند.او چند روز قبل از بمب گذاری ماراتن بوستون در سال 2013 با یک بلیط رفت و برگشت وارد شد.اما از آن زمان بوچی در آنجا ماندگار شد و به یک دانشمند محقق و سپس استادیار در NSE تبدیل شد.
بوچی اعتراف می کند که وقتی برای اولین بار در MIT ثبت نام کرد، برای سازگاری با محیط خود مشکل داشت، اما کار و دوستی با همکاران - او Guanyu Su و رضا عزیزیان NSE را بهترین دوستان خود می داند - به غلبه بر بدبینی های اولیه کمک کرد.
علاوه بر تشخیص جوش، بوچی و تیم او همچنین در حال کار بر روی روش هایی برای ترکیب هوش مصنوعی با تحقیقات تجربی هستند.او قاطعانه بر این باور است که «ادغام ابزارهای تشخیصی پیشرفته، یادگیری ماشینی و مدل‌سازی پیشرفته ظرف یک دهه به ثمر خواهد رسید».
تیم Bucci در حال توسعه یک آزمایشگاه مستقل برای انجام آزمایش‌های انتقال حرارت جوشان است.با استفاده از یادگیری ماشین، راه‌اندازی تصمیم می‌گیرد که کدام آزمایش‌ها را بر اساس اهداف یادگیری تعیین‌شده توسط تیم اجرا کند.بوچی گفت: «ما سؤالی می‌پرسیم که دستگاه با بهینه‌سازی انواع آزمایش‌های مورد نیاز برای پاسخ به این سؤالات به آن پاسخ خواهد داد."من صادقانه فکر می کنم این مرز بعدی است که در حال جوشیدن است."
بوچ در مورد اشتیاق خود برای تحقیقات بیشتر در این زمینه گفت: "وقتی از درختی بالا می روید و به بالای آن می رسید، متوجه می شوید که افق وسیع تر و زیباتر است."
حتی با تلاش برای ارتفاعات جدید، بوچی فراموش نکرده که از کجا آمده است.برای بزرگداشت میزبانی ایتالیا در جام جهانی فوتبال در سال 1990، مجموعه‌ای از پوسترها استادیوم فوتبال را در داخل کولوسئوم نشان می‌دهند که در خانه و محل کار او افتخار می‌کند.این پوسترها که توسط آلبرتو بوری خلق شده‌اند، ارزش احساسی دارند: این هنرمند ایتالیایی (اکنون درگذشته) نیز اهل زادگاه بوچی، سیتا دی کاستلو بود.
زمان ارسال: اوت-10-2022