ज्यादातर लोग उबलते पानी को लेते हैं। एसोसिएट प्रोफेसर मैटेओ बुक्की के लिए, उबलने के पीछे भौतिकी को उजागर करना अप्रत्याशित चुनौतियों और नई अंतर्दृष्टि से भरी एक दशक लंबी यात्रा रही है।
प्रतीत होता है कि सरल घटना परमाणु रिएक्टरों जैसे जटिल प्रणालियों में अध्ययन करना बेहद कठिन है, और फिर भी यह महत्वपूर्ण औद्योगिक प्रक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला के मूल में बैठता है। इस प्रकार अपने रहस्यों को अनलॉक करने से कुशल ऊर्जा उत्पादन, इलेक्ट्रॉनिक्स कूलिंग, जल विलवणीकरण, चिकित्सा निदान, और बहुत कुछ में प्रगति हो सकती है।
जुलाई में एमआईटी में कार्यकाल अर्जित करने वाले बुक्की कहते हैं, “उबलते परमाणु परे परमाणु परे आवेदन करने के लिए महत्वपूर्ण है।” “उबलने का उपयोग बिजली का उत्पादन करने वाले 80 प्रतिशत बिजली संयंत्रों में किया जाता है। मेरे शोध में अंतरिक्ष प्रणोदन, ऊर्जा भंडारण, इलेक्ट्रॉनिक्स और ठंडा कंप्यूटर के तेजी से महत्वपूर्ण कार्य के लिए निहितार्थ हैं।”
Bucci की प्रयोगशाला ने उबलते और गर्मी हस्तांतरण घटनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला पर प्रकाश डालने के लिए नई प्रयोगात्मक तकनीकें विकसित की हैं जिनकी दशकों तक सीमित ऊर्जा परियोजनाएं हैं। उनमें से मुख्य एक समस्या है जो बुलबुले के कारण इतनी जल्दी बनती है कि वे एक सतह पर वाष्प का एक बैंड बनाते हैं जो आगे गर्मी हस्तांतरण को रोकता है। 2023 में, बुक्की और सहयोगियों ने समस्या को नियंत्रित करने वाला एक एकीकृत सिद्धांत विकसित किया, जिसे उबलते संकट के रूप में जाना जाता है, जो अधिक कुशल परमाणु रिएक्टरों को सक्षम कर सकता है और भयावह विफलताओं को रोक सकता है।
Bucci के लिए, प्रगति के प्रत्येक मुकाबले नई संभावनाएं लाता है – और नए प्रश्नों का उत्तर देने के लिए।
“सबसे अच्छा पेपर क्या है?” Bucci पूछता है। “सबसे अच्छा पेपर अगला एक है। मुझे लगता है कि अल्फ्रेड हिचकॉक ने कहा कि यह कोई फर्क नहीं पड़ता कि आपकी पिछली फिल्म कितनी अच्छी थी। यदि आपका अगला एक गरीब है, तो लोग इसे याद नहीं करेंगे। मैं हमेशा अपने छात्रों को बताता हूं कि हमारा अगला पेपर हमेशा पिछले से बेहतर होना चाहिए। यह सुधार की निरंतर यात्रा है।”
इंजीनियरिंग से लेकर बुलबुले तक
इतालवी गाँव जहां बुकी बड़े हुए थे, उनके बचपन के दौरान लगभग 1,000 की आबादी थी। उन्होंने अपने पिता की मशीन की दुकान में काम करके और वाशिंग मशीन और एयर कंडीशनर जैसे उपकरणों को अलग -अलग करने और पुन: व्यवस्थित करके यांत्रिक कौशल प्राप्त किया, यह देखने के लिए कि अंदर क्या था। उन्होंने साइकिल चलाने के लिए एक जुनून भी प्राप्त किया, जब तक कि वह स्नातक और स्नातक अध्ययन के लिए पीआईएसए विश्वविद्यालय में भाग नहीं लेते, तब तक खेल में प्रतिस्पर्धा करते थे।
कॉलेज में, बुक्की को पदार्थ और जीवन की उत्पत्ति से मोहित कर दिया गया था, लेकिन वह चीजों का निर्माण भी पसंद करते थे, इसलिए जब भौतिकी और इंजीनियरिंग के बीच लेने का समय आया, तो उन्होंने तय किया कि परमाणु इंजीनियरिंग एक अच्छा मध्य मैदान था।
“मुझे निर्माण के लिए एक जुनून है और यह समझने के लिए कि चीजें कैसे बनी हैं,” बुक्की कहते हैं। “न्यूक्लियर इंजीनियरिंग एक बहुत ही संभावना नहीं थी, लेकिन स्पष्ट पसंद थी। यह संभावना नहीं थी क्योंकि इटली में, परमाणु पहले से ही ऊर्जा परिदृश्य से बाहर था, इसलिए हम में से बहुत कम थे। एक ही समय में, बौद्धिक और व्यावहारिक चुनौतियों का एक संयोजन था, जो मुझे पसंद है।”
अपने पीएचडी के लिए, बुक्की फ्रांस गए, जहां वह अपनी पत्नी से मिले, और एक फ्रांसीसी राष्ट्रीय प्रयोगशाला में काम करने गए। एक दिन उनके विभाग के प्रमुख ने उन्हें परमाणु रिएक्टर सुरक्षा में एक समस्या पर काम करने के लिए कहा, जिसे क्षणिक उबलने के रूप में जाना जाता है। इसे हल करने के लिए, वह MIT के प्रोफेसर जैकोपो Buongiorno द्वारा अग्रणी माप करने के लिए एक विधि का उपयोग करना चाहता था, इसलिए उसे 2013 में MIT में एक विजिटिंग साइंटिस्ट बनने के लिए अनुदान धन मिला। वह MIT में कभी भी उबलने का अध्ययन कर रहा है।
आज बुक्की की लैब नई डायग्नोस्टिक तकनीक विकसित कर रही है ताकि नई सामग्रियों और कोटिंग्स के साथ उबलते और गर्मी हस्तांतरण का अध्ययन किया जा सके जो गर्मी हस्तांतरण को अधिक कुशल बना सकता है। काम ने शोधकर्ताओं को परमाणु रिएक्टर के अंदर स्थितियों में एक अभूतपूर्व दृश्य दिया है।
बुकी कहते हैं, “हमने जो निदान विकसित किया है, वह एक दिन के प्रयोग में 20 साल के प्रयोगात्मक कार्य के बराबर एकत्र कर सकता है।”
उस डेटा, बदले में, बक्की को उबलते संकट का वर्णन करने वाले एक उल्लेखनीय सरल मॉडल का नेतृत्व किया।
“परमाणु रिएक्टर क्लैडिंग की सतह पर उबलते प्रक्रिया की प्रभावशीलता दक्षता और रिएक्टर की सुरक्षा को निर्धारित करती है,” बुक्की बताते हैं। “यह एक कार की तरह है जिसे आप तेजी लाना चाहते हैं, लेकिन एक ऊपरी सीमा है। एक परमाणु रिएक्टर के लिए, ऊपरी सीमा को उबलते हुए गर्मी हस्तांतरण द्वारा तय किया जाता है, इसलिए हम यह समझने में रुचि रखते हैं कि ऊपरी सीमा क्या है और रिएक्टर प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए हम इसे कैसे पार कर सकते हैं।”
BUCCI के लिए अनुसंधान का एक और विशेष रूप से प्रभावशाली क्षेत्र दो-चरण विसर्जन शीतलन है, एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें गर्म सर्वर भागों को उबालने के लिए तरल लाता है, फिर परिणामी वाष्प को एक हीट एक्सचेंजर पर कंडेनस करता है, ताकि कूलिंग का एक निरंतर, निष्क्रिय चक्र बनाने के लिए ऊपर एक हीट एक्सचेंजर पर संघनित किया जा सके।
“यह ऊर्जा की कम से कम अपशिष्ट के साथ चिप्स को ठंडा रखता है, बिजली की खपत और डेटा केंद्रों के कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन को काफी कम करता है,” बुक्की बताते हैं। “डेटा सेंटर पूरे विमानन उद्योग के रूप में अधिक CO2 का उत्सर्जन करते हैं। 2040 तक, वे 10 प्रतिशत से अधिक उत्सर्जन के लिए जिम्मेदार होंगे।”
छात्रों का समर्थन करना
बुक्की का कहना है कि छात्रों के साथ काम करना उनकी नौकरी का सबसे पुरस्कृत हिस्सा है। “उनके पास इतना बड़ा जुनून और क्षमता है। यह उन लोगों के साथ काम करने के लिए प्रेरित कर रहा है जो आपके समान जुनून हैं।”
“मेरे छात्रों को नए विचारों का पता लगाने का कोई डर नहीं है,” बुक्की कहते हैं। “वे लगभग एक बाधा के सामने कभी नहीं रुकते हैं – कभी -कभी उस बिंदु पर जहां आपको उन्हें धीमा करना पड़ता है और उन्हें वापस ट्रैक पर रखा जाता है।”
परमाणु विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग में रेड लैब चलाने में, बुक्की छात्रों को स्वतंत्रता के साथ -साथ समर्थन देने की कोशिश करता है।
“हम छात्रों को शिक्षित नहीं कर रहे हैं, हम भविष्य के शोधकर्ताओं को शिक्षित कर रहे हैं,” बुक्की कहते हैं। “मुझे लगता है कि हमारे काम का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा न केवल उपकरण प्रदान करना है, बल्कि समस्याओं को ठीक करने के लिए आत्मविश्वास और स्व-शुरुआत करने वाला रवैया भी देना है। यह व्यावसायिक समस्याओं, प्रयोगों के साथ समस्याएं, आपके प्रयोगशाला साथियों के साथ समस्याएं हो सकती हैं।”
कुछ और अद्वितीय प्रयोगों में बुक्की के छात्रों को शून्य गुरुत्वाकर्षण को प्राप्त करने के लिए एक हवाई जहाज में मुक्त गिरने के दौरान उन्हें माप इकट्ठा करने की आवश्यकता होती है।
“अंतरिक्ष अनुसंधान सभी बच्चों की बड़ी कल्पना है,” बुक्की कहते हैं, जो छात्रों को वर्ष में लगभग दो बार प्रयोगों में शामिल करता है। “यह छात्रों के लिए बहुत मजेदार और प्रेरणादायक शोध है। जीरो जी आपको जीवन पर एक नया दृष्टिकोण देता है।”
एआई को लागू करना
बुक्की अपने क्षेत्र में कृत्रिम बुद्धिमत्ता को शामिल करने के बारे में भी उत्साहित हैं। 2023 में, वह थर्मल साइंस में एक बहु-विश्वविद्यालय अनुसंधान पहल (MURI) परियोजना के सह-पुनरावर्तन थे जो पूरी तरह से मशीन लर्निंग के लिए समर्पित थे। वादा करने के लिए एआई ने अपने क्षेत्र में आयोजित किया, बुक्की ने हाल ही में एक पत्रिका भी स्थापित की एआई थर्मल तरल पदार्थ AI- संचालित अनुसंधान अग्रिमों की सुविधा के लिए।
“हमारे समुदाय के पास ऐसे लोगों के लिए एक घर नहीं है जो मशीन-लर्निंग तकनीक विकसित करना चाहते हैं,” बुक्की कहते हैं। “हम कंप्यूटर विज्ञान और थर्मल विज्ञान में लोगों के लिए एक एवेन्यू बनाना चाहते थे ताकि प्रगति के लिए एक साथ काम किया जा सके। मुझे लगता है कि हमें वास्तव में इस प्रक्रिया को गति देने के लिए कंप्यूटर वैज्ञानिकों को अपने समुदाय में लाने की आवश्यकता है।”
Bucci का यह भी मानना है कि AI का उपयोग नई प्रयोगात्मक तकनीकों का उपयोग करके एकत्र किए गए डेटा के विशाल रिम्स को संसाधित करने के लिए किया जा सकता है और साथ ही साथ घटनाओं के शोधकर्ताओं को अभी तक अध्ययन नहीं किया जा सकता है।
“यह संभव है कि एआई हमें उन चीजों को समझने का अवसर देगा जो देखी जा सकती हैं, या कम से कम हमें अंधेरे में मार्गदर्शन करते हैं क्योंकि हम कई समस्याओं के मूल कारणों को खोजने की कोशिश करते हैं,” बुक्की कहते हैं।
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