เป็นปัญหาที่หลอกหลอนนักวิทยาศาสตร์มานานนับศตวรรษ แต่ด้วยรางวัล Distinguished Early Career Award มูลค่า 625,000 ดอลลาร์จากกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DoE), Matteo Bucciรองศาสตราจารย์ในภาควิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมนิวเคลียร์ (NSE) หวังว่าจะได้คำตอบใกล้เคียง
รับมือวิกฤติเดือด
ไม่ว่าคุณจะให้หม้อต้มน้ำสำหรับทำพาสต้าหรือกำลังออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ปรากฏการณ์หนึ่ง—การเดือด—มีความสำคัญต่อการดำเนินการอย่างมีประสิทธิภาพของทั้งสองกระบวนการ
“การต้มเป็นกลไกการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพมาก เป็นวิธีการขจัดความร้อนจำนวนมากออกจากพื้นผิว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงใช้ความร้อนนี้ในการใช้งานที่มีความหนาแน่นกำลังสูง” Bucci กล่าว ตัวอย่างการใช้งาน: เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
สำหรับฆราวาส การต้มดูเหมือนง่าย — ฟองสบู่ก่อตัวและแตกออก ขจัดความร้อน แต่ถ้าฟองอากาศจำนวนมากก่อตัวและรวมตัวกันจนก่อตัวเป็นแถบไอที่ป้องกันการถ่ายเทความร้อนต่อไปล่ะ ปัญหาดังกล่าวเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วและถูกระบุว่าเป็นวิกฤตที่เดือดพล่าน มันจะนำไปสู่ความร้อนที่หนีไม่พ้น และความล้มเหลวของแท่งเชื้อเพลิงในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ดังนั้น “การทำความเข้าใจและการพิจารณาภายใต้สภาวะใดที่วิกฤตการณ์เดือดที่อาจเกิดขึ้นจึงเป็นสิ่งสำคัญต่อการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพและแข่งขันกับต้นทุนได้มากขึ้น” Bucci กล่าว
งานช่วงแรกๆ เกี่ยวกับวิกฤตที่เดือดพล่านเกิดขึ้นเมื่อเกือบหนึ่งศตวรรษก่อน จนถึงปี 1926 และในขณะที่มีงานทำมากมาย “เป็นที่แน่ชัดว่าเรายังไม่พบคำตอบ” บูชชีกล่าว วิกฤตที่เดือดพล่านยังคงเป็นความท้าทายเพราะในขณะที่แบบจำลองมีอยู่มากมาย การวัดปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องเพื่อพิสูจน์หรือหักล้างแบบจำลองเหล่านี้ทำได้ยาก “[การต้ม] เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นในระดับความยาวที่น้อยมาก และในช่วงเวลาที่สั้นมาก” Bucci กล่าว “เราไม่สามารถสังเกตได้ในระดับรายละเอียดที่จำเป็นในการทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นจริง ๆ และตรวจสอบสมมติฐาน”
แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Bucci และทีมของเขาได้พัฒนาเครื่องมือวินิจฉัยที่สามารถวัดปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการเดือด และด้วยเหตุนี้เองจึงเป็นคำตอบที่จำเป็นมากสำหรับปัญหาคลาสสิก การวินิจฉัยจะยึดอยู่กับเทอร์โมมิเตอร์แบบอินฟราเรดและเทคนิคโดยใช้แสงที่มองเห็นได้ “การรวมเทคนิคทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน ฉันคิดว่าเราพร้อมที่จะตอบคำถามเกี่ยวกับการถ่ายเทความร้อน เราสามารถออกจากโพรงกระต่ายได้” Bucci กล่าว รางวัลทุนสนับสนุนจาก US DoE for Nuclear Energy Projects จะช่วยในเรื่องนี้และความพยายามในการวิจัยอื่นๆ ของ Bucci
วัยเด็กอันงดงามของอิตาลี
การจัดการกับปัญหาที่ยากลำบากไม่ใช่พื้นที่ใหม่สำหรับ Bucci ซึ่งเติบโตในเมืองเล็กๆ อย่าง Città di Castello ใกล้เมืองฟลอเรนซ์ ประเทศอิตาลี แม่ของ Bucci เป็นครูโรงเรียนประถม พ่อของเขาเคยมีร้านขายเครื่องจักร ซึ่งช่วยให้ Bucci มีพฤติกรรมทางวิทยาศาสตร์มากขึ้น “ตอนที่ฉันยังเป็นเด็กฉันชอบเลโก้มาก มันเป็นความหลงใหล” เขากล่าวเสริม
แม้ว่าอิตาลีจะต้องเผชิญกับการถอยกลับอย่างรุนแรงจากวิศวกรรมนิวเคลียร์ในช่วงปีการศึกษาของเขา แต่หัวข้อนี้ทำให้ Bucci หลงใหล โอกาสในการทำงานในภาคสนามนั้นไม่แน่นอน แต่บูชชีตัดสินใจลุย “ถ้าฉันต้องทำอะไรสักอย่างตลอดชีวิต มันอาจจะเป็นสิ่งที่ฉันชอบก็ได้” เขากล่าวติดตลก Bucci เข้าเรียนที่ University of Pisa เพื่อศึกษาระดับปริญญาตรีและบัณฑิตสาขาวิศวกรรมนิวเคลียร์
ความสนใจในกลไกการถ่ายเทความร้อนของเขามีรากฐานมาจากการศึกษาระดับปริญญาเอก ซึ่งเป็นหัวข้อวิจัยที่เขาศึกษาในปารีสที่ French Alternative Energy and Atomic Energy Commission (CEA) ที่นั่นเพื่อนร่วมงานแนะนำการทำงานเกี่ยวกับวิกฤตน้ำเดือด คราวนี้ Bucci ตั้งเป้าไปที่ NSE ที่ MIT และติดต่อศาสตราจารย์ Jacopo Buongiorno เพื่อสอบถามเกี่ยวกับการวิจัยที่สถาบัน Bucci ต้องระดมทุนที่ CEA เพื่อดำเนินการวิจัยที่ MIT เขามาถึงเมื่อสองสามวันก่อนที่บอสตันมาราธอนจะทิ้งระเบิดในปี 2556 ด้วยตั๋วไปกลับ แต่บุชชี่ก็อยู่ต่อไปตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ย้ายไปเป็นนักวิทยาศาสตร์การวิจัยและรองศาสตราจารย์ที่ NSE
Bucci ยอมรับว่าเขามีปัญหาในการปรับตัวเข้ากับสิ่งแวดล้อมเมื่อมาถึง MIT ครั้งแรก แต่การทำงานและมิตรภาพกับเพื่อนร่วมงาน เขาถือว่า Guanyu Su แห่ง NSE และ Reza Azizian เป็นหนึ่งในเพื่อนที่ดีที่สุดของเขา
การผสมผสานของปัญญาประดิษฐ์
นอกเหนือจากการวินิจฉัยการเดือดแล้ว Bucci และทีมของเขากำลังหาวิธีผสานรวมปัญญาประดิษฐ์และการวิจัยเชิงทดลอง เขาเชื่อมั่นว่า “การบูรณาการการวินิจฉัยขั้นสูง แมชชีนเลิร์นนิง และเครื่องมือสร้างแบบจำลองขั้นสูงจะเบ่งบานในทศวรรษ”
ทีมของ Bucci กำลังพัฒนาห้องปฏิบัติการอิสระสำหรับการทดลองการถ่ายเทความร้อนเดือด เมื่อใช้แมชชีนเลิร์นนิง การตั้งค่าจะกำหนดการทดลองที่จะดำเนินการตามวัตถุประสงค์การเรียนรู้ที่ทีมกำหนด “เรากำหนดคำถามและเครื่องจะตอบโดยปรับประเภทของการทดลองที่จำเป็นต่อการตอบคำถามเหล่านั้นให้เหมาะสม” Bucci กล่าว “ฉันคิดว่านี่เป็นพรมแดนถัดไปสำหรับการเดือด” เขากล่าวเสริม
“เมื่อคุณปีนต้นไม้และไปถึงยอด คุณจะพบว่าเส้นขอบฟ้านั้นกว้างใหญ่และสวยงามกว่ามาก” บุชชี่กล่าวถึงความกระตือรือร้นของเขาที่จะค้นคว้าเพิ่มเติมในสาขานี้
แม้ว่าเขาจะแสวงหาความสูงใหม่ บูชชี่ก็ยังไม่ลืมต้นกำเนิดของเขา เพื่อเป็นการเฉลิมฉลองการเป็นเจ้าภาพจัดการแข่งขันฟุตบอลโลกของอิตาลีในปี 1990 ชุดโปสเตอร์ที่นำเสนอสนามฟุตบอลที่พอดีกับโคลีเซียมโรมันนั้นเต็มไปด้วยความภาคภูมิใจในบ้านและที่ทำงานของเขา สร้างสรรค์โดย Alberto Burriโปสเตอร์มีคุณค่าทางอารมณ์: ศิลปินชาวอิตาลี (ซึ่งเสียชีวิตแล้ว) ได้รับการยกย่องจากบ้านเกิดของ Bucci – Città di Castello
