これは、1 世紀にわたって科学者を悩ませてきた問題です。しかし、625,000 ドルの米国エネルギー省 (DoE) の早期キャリア功労賞に支えられて、原子力科学工学部 (NSE) の助教授である Matteo Bucci 氏は、答えに近づくことを望んでいます。
パスタ用の水を加熱する場合でも、原子炉を設計する場合でも、1 つの現象である沸騰は、両方のプロセスを効率的に行うために重要です。
「沸騰は非常に効率的な熱伝達メカニズムです。これにより、大量の熱が表面から除去されるため、多くの高出力密度アプリケーションで使用されています」と Bucci 氏は述べています。使用例：原子炉。
初心者にとっては、沸騰は単純に見えます。泡が形成されて破裂し、熱が除去されます。しかし、非常に多くの気泡が形成されて合体し、それ以上の熱伝達を妨げる蒸気の筋ができたらどうなるでしょうか?このような問題は、沸騰危機として知られるよく知られた実体です。これは、原子炉内の燃料棒の熱暴走と故障につながります。したがって、「沸騰危機が発生する可能性のある条件を理解し、特定することは、より効率的でコスト競争力のある原子炉を開発するために重要です」とブッチは言いました。
煮えたぎる危機に関する初期の著作は、1926 年のほぼ 1 世紀前にさかのぼります。多くの研究が行われてきましたが、「答えが見つかっていないことは明らかです」と Bucci 氏は述べています。モデルが豊富にあるにもかかわらず、関連する現象を測定して証明または反証することは困難であるため、沸騰危機は依然として問題です。「[沸騰] は非常に小規模で、非常に短い時間で起こるプロセスです」と Bucci 氏は言います。「実際に何が起こっているのかを理解し、仮説を検証するために必要なレベルの詳細でそれを監視することはできません。」
しかし、ここ数年、Bucci 氏と彼のチームは、沸騰に関連する現象を測定し、古典的な質問に対する非常に必要な答えを提供できる診断法を開発してきました。診断は、可視光を用いた赤外線温度測定法に基づいています。「これら2つの技術を組み合わせることで、長期的な熱伝達の問題に答え、ウサギの穴から抜け出すことができるようになると思います.原子力発電プログラムからの米国エネルギー省の助成金は、この研究とブッチの他の研究努力に役立ちます。
イタリアのフィレンツェに近い小さな町、チッタ ディ カステッロで育ったブッチにとって、パズルを解くことは何も新しいことではありません。ブッチの母親は小学校の教師でした。彼の父は、ブッチの科学的な趣味を促進する機械工場を持っていました。「私は子供の頃、レゴの大ファンでした。それは情熱だった」と彼は付け加えた。
イタリアは形成期に原子力発電の深刻な衰退を経験しましたが、このトピックはブッチを魅了しました。この分野での仕事の機会は不確かでしたが、ブッチはより深く掘り下げることにしました。「残りの人生で何かをしなければならない場合、それは私が望むほど良くはありません」と彼は冗談を言った.Bucci は、ピサ大学で原子力工学の学部および大学院の研究を学びました。
彼の熱伝達メカニズムへの関心は、パリの代替エネルギーおよび原子力エネルギーに関するフランス委員会 (CEA) で取り組んだ博士研究に根ざしています。そこで、同僚が沸騰したお湯の危機に取り組むことを提案しました。今回、Bucci は MIT の NSE に照準を合わせ、Jacopo Buongiorno 教授に連絡を取り、研究所の研究について問い合わせました。Bucci は、MIT での研究のために CEA で資金を調達しなければなりませんでした。彼は、2013 年のボストン マラソン爆破事件の数日前に往復チケットを持って到着しました。しかし、それ以来、ブッチはそこにとどまり、研究科学者になり、その後 NSE の助教授になりました。
Bucci は、MIT に入学した当初は自分の環境に順応するのに苦労したことを認めていますが、仕事と同僚との友情 (彼は NSE の Guanyu Su と Reza Azizyan を彼の親友だと考えています) が、初期の不安を克服するのに役立ちました。
ブッチ氏と彼のチームは、おできの診断に加えて、人工知能と実験研究を組み合わせる方法にも取り組んでいます。彼は、「高度な診断、機械学習、および高度なモデリング ツールの統合が 10 年以内に実を結ぶだろう」と固く信じています。
ブッチのチームは、沸騰熱伝達実験を行うための自己完結型実験室を開発しています。機械学習を活用したセットアップでは、チームが設定した学習目標に基づいて、実行する実験を決定します。「私たちは、機械がその疑問に答えるために必要な種類の実験を最適化することで、答えを出すという疑問を投げかけています」と Bucci 氏は述べています。「正直なところ、これは沸騰している次のフロンティアだと思います。」
「木に登って頂上にたどり着くと、地平線がより広く、より美しいことに気付くでしょう」とブッチ氏は、この分野でのさらなる研究への熱意について語った。
ブッチは、新たな高みを目指して努力しているにもかかわらず、自分の出身地を忘れていません。イタリアで 1990 FIFA ワールド カップが開催されたことを記念して、コロッセオ内のサッカー スタジアムを示す一連のポスターが、彼の自宅とオフィスに誇りを持って配置されています。Alberto Burri によって作成されたこれらのポスターには感傷的な価値があります。このイタリア人アーティスト (現在は故人) も、ブッチの故郷であるチッタ ディ カステッロの出身です。
投稿時間: 2022 年 8 月 10 日