Questa è una domanda che ha sconcertato gli scienziati per un secolo.Ma, sostenuto da un premio per il servizio distinto per la carriera iniziale del Dipartimento dell'energia (DoE) degli Stati Uniti da 625.000 dollari, Matteo Bucci, assistente professore presso il Dipartimento di scienze e ingegneria nucleare (NSE), spera di avvicinarsi a una risposta.
Che tu stia riscaldando una pentola d'acqua per la pasta o progettando un reattore nucleare, un fenomeno, l'ebollizione, è fondamentale per entrambi i processi in modo efficiente.
“L'ebollizione è un meccanismo di trasferimento del calore molto efficiente;in questo modo viene rimossa una grande quantità di calore dalla superficie, motivo per cui viene utilizzato in molte applicazioni ad alta densità di potenza”, ha affermato Bucci.Esempio di utilizzo: reattore nucleare.
Per chi non lo sapesse, l'ebollizione sembra semplice: si formano bolle che scoppiano, rimuovendo il calore.Ma cosa succederebbe se così tante bolle si formassero e si fondessero, creando una striscia di vapore che impedisse un ulteriore trasferimento di calore?Tale problema è un'entità ben nota nota come crisi bollente.Ciò porterebbe alla fuga termica e al guasto delle barre di combustibile nel reattore nucleare.Pertanto, "comprendere e identificare le condizioni in cui può verificarsi una crisi bollente è fondamentale per sviluppare reattori nucleari più efficienti e competitivi in termini di costi", ha affermato Butch.
I primi scritti sulla crisi in ebollizione risalgono a quasi un secolo prima del 1926. Sebbene sia stato fatto molto lavoro, "è chiaro che non abbiamo trovato una risposta", ha detto Bucci.Le crisi bollenti rimangono un problema perché, nonostante l'abbondanza di modelli, è difficile misurare i fenomeni rilevanti per dimostrarli o confutarli."[Boiling] è un processo che avviene su scala molto, molto piccola e in un periodo di tempo molto, molto breve", ha detto Bucci."Non possiamo guardarlo con il livello di dettaglio necessario per capire cosa sta realmente accadendo e testare le ipotesi".
Ma negli ultimi anni, Bucci e il suo team hanno sviluppato una diagnostica in grado di misurare i fenomeni legati all'ebollizione e fornire una risposta tanto necessaria a una domanda classica.La diagnosi si basa su metodi di misurazione della temperatura a infrarossi che utilizzano la luce visibile."Combinando queste due tecnologie, penso che saremo pronti a rispondere alle domande sul trasferimento di calore a lungo termine e saremo in grado di uscire dalla tana del coniglio", ha affermato Bucci.Le sovvenzioni del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti dal Nuclear Power Program aiuteranno questo studio e gli altri sforzi di ricerca di Bucci.
Per Bucci, cresciuto a Città di Castello, un piccolo paese vicino a Firenze, in Italia, risolvere enigmi non è una novità.La madre di Butch era un'insegnante di scuola elementare.Suo padre aveva un'officina meccanica che favoriva l'hobby scientifico di Bucci.“Da bambino ero un grande fan dei Lego.Era passione”, ha aggiunto.
Sebbene l'Italia abbia sperimentato un grave declino dell'energia nucleare durante i suoi anni formativi, l'argomento ha affascinato Bucci.Le opportunità di lavoro sul campo erano incerte, ma Bucci ha deciso di scavare più a fondo."Se devo fare qualcosa per il resto della mia vita, non è buono come vorrei", ha scherzato.Bucci ha studiato ingegneria nucleare e studi post-laurea presso l'Università di Pisa.
Il suo interesse per i meccanismi di trasferimento del calore era radicato nella sua ricerca di dottorato, su cui ha lavorato presso la Commissione francese per l'energia alternativa e l'energia atomica (CEA) a Parigi.Lì, un collega ha suggerito di lavorare sulla crisi dell'acqua bollente.Questa volta Bucci ha messo gli occhi sull'NSE del MIT e ha contattato il professor Jacopo Buongiorno per informarsi sulla ricerca dell'istituto.Bucci ha dovuto raccogliere fondi al CEA per la ricerca al MIT.È arrivato con un biglietto di andata e ritorno giorni prima dell'attentato alla maratona di Boston del 2013.Ma da allora Bucci è rimasto lì, diventando ricercatore e poi assistente alla NSE.
Bucci ammette di aver avuto difficoltà ad adattarsi al suo ambiente quando si è iscritto per la prima volta al MIT, ma il lavoro e le amicizie con i colleghi - considera Guanyu Su e Reza Azizyan di NSE i suoi migliori amici - hanno aiutato a superare i primi dubbi.
Oltre alla diagnostica dell'ebollizione, Bucci e il suo team stanno anche lavorando a modi per combinare l'intelligenza artificiale con la ricerca sperimentale.Crede fermamente che "l'integrazione di diagnostica avanzata, apprendimento automatico e strumenti di modellazione avanzati darà i suoi frutti entro un decennio".
Il team di Bucci sta sviluppando un laboratorio autonomo per condurre esperimenti di trasferimento di calore bollente.Alimentato dal machine learning, il setup decide quali esperimenti eseguire in base agli obiettivi di apprendimento fissati dal team."Stiamo ponendo una domanda a cui la macchina risponderà ottimizzando il tipo di esperimenti necessari per rispondere a tali domande", ha affermato Bucci."Onestamente penso che questa sia la prossima frontiera che sta ribollendo".
"Quando ti arrampichi su un albero e arrivi in cima, ti rendi conto che l'orizzonte è più ampio e più bello", ha detto Butch del suo entusiasmo per ulteriori ricerche in questo settore.
Anche lottando per nuove vette, Bucci non ha dimenticato da dove viene.Per commemorare l'Italia che ha ospitato la Coppa del Mondo FIFA 1990, una serie di poster mostra lo stadio di calcio all'interno del Colosseo, che occupa un posto d'onore nella sua casa e nel suo ufficio.Questi manifesti, realizzati da Alberto Burri, hanno un valore affettivo: anche l'artista italiano (ora scomparso) era della città natale di Bucci, Città di Castello.
Orario di pubblicazione: 10 agosto 2022