การแก้ปัญหาการถ่ายเทความร้อนที่ยาวนาน |ข่าวเอ็มไอที

นี่เป็นคำถามที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์งงงวยมานานนับศตวรรษแต่ด้วยเงินรางวัล $625,000 ของกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DoE) Early Career Distiminated Service Award Matteo Bucci ผู้ช่วยศาสตราจารย์ในภาควิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมนิวเคลียร์ (NSE) หวังว่าจะเข้าใกล้คำตอบมากขึ้น
ไม่ว่าคุณจะอุ่นหม้อต้มน้ำสำหรับพาสต้าหรือออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ปรากฏการณ์หนึ่งคือการเดือด มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการทั้งสองอย่างมีประสิทธิภาพ
“การเดือดเป็นกลไกการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพมากนี่เป็นวิธีที่ความร้อนจำนวนมากถูกขจัดออกจากพื้นผิว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงถูกนำมาใช้ในแอพพลิเคชั่นที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงจำนวนมาก” Bucci กล่าวตัวอย่างการใช้งาน: เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
สำหรับผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัด การต้มนั้นดูเรียบง่าย – ฟองสบู่จะก่อตัวขึ้นและแตกออกเพื่อขจัดความร้อนออกไปแต่จะเป็นอย่างไรหากเกิดฟองอากาศจำนวนมากและจับตัวกันเป็นไอน้ำที่ขัดขวางการถ่ายเทความร้อนต่อไปปัญหาดังกล่าวเป็นที่รู้จักกันดีในชื่อวิกฤตเดือดสิ่งนี้จะนำไปสู่การหลีกเลี่ยงความร้อนและความล้มเหลวของแท่งเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ดังนั้น "การทำความเข้าใจและการระบุเงื่อนไขภายใต้วิกฤตที่เดือดสามารถเกิดขึ้นได้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพและแข่งขันด้านต้นทุน" บุทช์กล่าว
งานเขียนเกี่ยวกับวิกฤตที่กำลังคุกรุ่นในยุคแรกๆ ย้อนกลับไปเกือบหนึ่งศตวรรษก่อนปี 1926 แม้ว่างานจำนวนมากได้เสร็จสิ้นไปแล้ว "เป็นที่ชัดเจนว่าเรายังไม่พบคำตอบ" บุชชีกล่าววิกฤตการเดือดยังคงเป็นปัญหา เพราะแม้จะมีแบบจำลองมากมาย แต่ก็ยากที่จะวัดปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องเพื่อพิสูจน์หรือหักล้างปรากฏการณ์เหล่านั้น“[การเดือด] เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นในระดับที่เล็กมากๆ และในช่วงเวลาสั้นๆ มากๆ” Bucci กล่าว“เราไม่สามารถดูมันด้วยรายละเอียดระดับที่จำเป็นในการทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นจริง ๆ และทดสอบสมมติฐาน”
แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Bucci และทีมของเขาได้พัฒนาเครื่องมือวินิจฉัยที่สามารถวัดปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการเดือด และให้คำตอบที่จำเป็นมากสำหรับคำถามคลาสสิกการวินิจฉัยใช้วิธีวัดอุณหภูมิอินฟราเรดโดยใช้แสงที่มองเห็นได้“ด้วยการรวมเทคโนโลยีทั้งสองเข้าด้วยกัน ผมคิดว่าเราจะพร้อมตอบคำถามเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อนในระยะยาว และสามารถปีนออกจากโพรงกระต่ายได้” Bucci กล่าวทุนกระทรวงพลังงานสหรัฐจากโครงการพลังงานนิวเคลียร์จะช่วยการศึกษานี้และความพยายามในการวิจัยอื่นๆ ของ Bucci
สำหรับ Bucci ที่เติบโตในเมือง Citta di Castello เมืองเล็กๆ ใกล้ฟลอเรนซ์ ประเทศอิตาลี การไขปริศนาไม่ใช่เรื่องใหม่แม่ของบุทช์เป็นครูโรงเรียนประถมพ่อของเขามีร้านขายเครื่องจักรที่ส่งเสริมงานอดิเรกทางวิทยาศาสตร์ของ Bucci“ฉันเป็นแฟนตัวยงของเลโก้ตั้งแต่ยังเป็นเด็กมันเป็นความหลงใหล” เขากล่าวเสริม
แม้ว่าอิตาลีจะประสบปัญหาพลังงานนิวเคลียร์ลดลงอย่างรุนแรงในช่วงหลายปีของการก่อสร้าง แต่หัวข้อนี้ทำให้ Bucci รู้สึกทึ่งโอกาสในการทำงานในสายงานนั้นไม่แน่นอน แต่ Bucci ตัดสินใจเจาะลึกลงไป“ถ้าต้องทำอะไรไปตลอดชีวิต มันก็ไม่ดีอย่างที่อยากทำ” เขาพูดติดตลกBucci ศึกษาระดับปริญญาตรีและสูงกว่าปริญญาตรีด้านวิศวกรรมนิวเคลียร์ที่มหาวิทยาลัยปิซา
ความสนใจในกลไกการถ่ายเทความร้อนมีรากฐานมาจากงานวิจัยระดับปริญญาเอก ซึ่งเขาทำงานในคณะกรรมาธิการฝรั่งเศสเพื่อพลังงานทางเลือกและพลังงานปรมาณู (CEA) ในปารีสที่นั่น เพื่อนร่วมงานแนะนำให้ทำวิกฤตน้ำเดือดครั้งนี้ Bucci เล็งไปที่ NSE ของ MIT และติดต่อศาสตราจารย์ Jacopo Buongiorno เพื่อสอบถามเกี่ยวกับการวิจัยของสถาบันBucci ต้องระดมทุนที่ CEA เพื่อการวิจัยที่ MITเขามาถึงพร้อมตั๋วไป-กลับ 1 วันก่อนเหตุระเบิดบอสตันมาราธอนปี 2013แต่ตั้งแต่นั้นมา Bucci ก็อยู่ที่นั่น กลายเป็นนักวิทยาศาสตร์การวิจัย และจากนั้นก็เป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่ NSE
Bucci ยอมรับว่าเขาปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้ยากเมื่อสมัครเข้าเรียนที่ MIT เป็นครั้งแรก แต่การทำงานและมิตรภาพกับเพื่อนร่วมงาน เขาถือว่า Guanyu Su และ Reza Azizyan จาก NSE เป็นเพื่อนที่ดีที่สุดของเขา ซึ่งช่วยให้เขาเอาชนะความวิตกกังวลในช่วงแรกๆ ได้
นอกจากการวินิจฉัยหาจุดเดือดแล้ว Bucci และทีมของเขายังหาวิธีรวมปัญญาประดิษฐ์เข้ากับการวิจัยเชิงทดลองอีกด้วยเขาเชื่อมั่นอย่างยิ่งว่า “การรวมการวินิจฉัยขั้นสูง การเรียนรู้ของเครื่อง และเครื่องมือสร้างแบบจำลองขั้นสูงจะทำให้เกิดผลภายในหนึ่งทศวรรษ”
ทีมงานของ Bucci กำลังพัฒนาห้องปฏิบัติการแบบแยกส่วนเพื่อทำการทดลองการถ่ายเทความร้อนที่จุดเดือดขับเคลื่อนโดยแมชชีนเลิร์นนิง การตั้งค่าจะตัดสินใจว่าการทดสอบใดจะดำเนินการตามวัตถุประสงค์การเรียนรู้ที่ทีมตั้งไว้“เรากำลังถามคำถามที่เครื่องจะตอบโดยการปรับประเภทการทดลองที่จำเป็นเพื่อตอบคำถามเหล่านั้นให้เหมาะสม” Bucci กล่าว“ฉันคิดว่านี่คือพรมแดนต่อไปที่กำลังคุกรุ่นอยู่”
“เมื่อคุณปีนต้นไม้และขึ้นไปบนยอด คุณจะรู้ว่าขอบฟ้านั้นกว้างกว่าและสวยงามกว่า” บุทช์กล่าวถึงความกระตือรือร้นในการค้นคว้าเพิ่มเติมในพื้นที่นี้
แม้จะมุ่งมั่นสู่ความสูงใหม่ บุชชีก็ยังไม่ลืมว่าเขามาจากไหนเพื่อเป็นการรำลึกถึงการที่อิตาลีเป็นเจ้าภาพฟุตบอลโลกปี 1990 โปสเตอร์ชุดหนึ่งแสดงให้เห็นสนามฟุตบอลภายในโคลอสเซียม ซึ่งเป็นสถานที่แห่งความภาคภูมิใจในบ้านและที่ทำงานของเขาโปสเตอร์เหล่านี้สร้างสรรค์โดย Alberto Burri มีคุณค่าทางจิตใจ ศิลปินชาวอิตาลี (ปัจจุบันเสียชีวิตแล้ว) ก็มาจาก Citta di Castello บ้านเกิดของ Bucci เช่นกัน


เวลาโพสต์: 10 ส.ค. 2565