科学家的新研究揭示了一个古老的过程，可以提高许多工业系统的传热效率。

大多数人认为水受热沸腾是理所当然的。但对于Matteo Bucci副教授来说，揭示沸腾背后的物理学是一个长达十年的旅程，充满了意想不到的挑战和新的见解。

这一看似简单的现象在核反应堆等复杂系统中极其难以研究，但它却是许多重要工业过程的核心。因此，揭开它的秘密可以推动高效能源生产、电子冷却、海水淡化、医疗诊断等领域的进步。

去年7月获得麻省理工学院终身教职的Matteo Bucci说：“沸腾对核能以外的应用很重要。80%的发电厂都使用沸水发电。我的研究对空间推进、能量存储、电子以及日益重要的计算机冷却任务都有影响。”

Bucci的实验室开发了新的实验技术，以揭示几十年来限制能源项目的各种沸腾和传热现象。其中最主要的一个问题是，气泡形成得太快，它们在表面上形成了一条蒸汽带，阻止了进一步的热量传递。在2023年，Bucci和合作者提出了一个统一的原则来管理这个被称为“沸腾危机”的问题，这可以使核反应堆更高效，并防止灾难性的故障。

对Bucci来说，每一次进步都带来了新的可能性，也带来了需要回答的新问题。

“最好的论文是什么？”Bucci问道。“最好的论文是下一篇。我记得阿尔弗雷德·希区柯克曾经说过，你的上一部电影有多好并不重要。如果你的下一部电影很差，人们就不会记得它。我总是告诉我的学生，我们的下一篇论文一定要比上一篇好。这是一个不断改进的过程。”

从工程到泡沫

Bucci成长的意大利村庄在他童年时期的人口约为1000人。他在父亲的机械车间工作，并通过拆开和重新组装洗衣机和空调等电器来了解内部情况，从而获得了机械技能。他还对自行车产生了热情，参加了这项运动，直到他进入比萨大学（University of Pisa）读本科和研究生。

在大学里，Bucci对物质和生命的起源着迷，但他也喜欢建造东西，所以当要在物理和工程之间做出选择时，他认为核工程是一个很好的中间地带。

Bucci说：“我对建筑和理解事物是如何制作的充满热情。”“核工程是一个非常不可能但显而易见的选择。这不太可能，因为在意大利，核能已经从能源版图中消失了，所以相关的人很少。与此同时，智力和实践的挑战结合在一起，这正是我喜欢的。”

为了获得博士学位，Bucci去了法国，在那里他遇到了他的妻子，然后在法国国家实验室工作。一天，他的部门主管让他研究核反应堆安全中的一个问题 —— 瞬态沸腾。为了解决这个问题，他想使用麻省理工学院教授雅各布·布翁焦尔诺（Jacopo Buongiorno）开创的一种测量方法，所以他在2013年获得了麻省理工学院的访问科学家资助。从那以后，他一直在麻省理工学院研究沸腾。

如今，Bucci的实验室正在开发新的诊断技术来研究沸腾和传热，以及可以使传热更有效的新材料和涂层。这项工作使研究人员对核反应堆内部的情况有了前所未有的了解。

Bucci说：“我们开发的诊断方法可以在一天的实验中收集相当于20年实验工作的数据。”

这些数据反过来又使Bucci得到了一个非常简单的模型来描述沸腾危机。

Bucci解释说：“核反应堆包层表面沸腾过程的有效性决定了反应堆的效率和安全性。”“这就像一辆汽车，你想加速，但有一个上限。对于核反应堆来说，这个上限是由沸腾传热决定的，所以我们有兴趣了解这个上限是什么，以及我们如何克服它来提高反应堆的性能。”

Bucci的另一个特别有影响力的研究领域是两相浸入式冷却，这是一个过程，其中热服务器部件使液体沸腾，然后产生的蒸汽在上面的热交换器上冷凝，以创建一个恒定的被动冷却循环。

Bucci解释说：“它使芯片保持低温，同时最大限度地减少能源浪费，大大减少了数据中心的电力消耗和二氧化碳排放。”“数据中心排放的二氧化碳与整个航空业一样多。到2040年，它们将占总排放量的10%以上。”

支持学生

Bucci说，与学生一起工作是他工作中最有价值的部分。“他们有如此伟大的激情和能力。和与你有同样激情的人一起工作是一种激励。”

Bucci补充说：“我的学生不怕探索新的想法。他们几乎从不在障碍面前停下来 —— 有时到了你不得不让他们慢下来，让他们回到正轨的地步。”

在管理核科学与工程系的红色实验室时，Bucci试图给予学生独立性和支持。

“我们不是在教育学生，我们是在教育未来的研究人员，”Bucci说。“我认为我们工作中最重要的部分不仅是提供工具，而且是给予解决问题的信心和自我启动的态度。这可能是商业问题、实验问题、与实验室伙伴的问题。”

Bucci的学生做的一些更独特的实验需要他们在飞机上自由落体时收集测量数据，以达到零重力。

“太空研究是所有孩子的一大幻想，”Bucci说，他每年大约两次参加学生的实验。“这对学生来说是非常有趣和鼓舞人心的研究。零让你对生活有了新的看法。”

应用人工智能

Bucci也对将人工智能纳入他的领域感到兴奋。2023年，他成为热科学多大学研究计划（MURI）项目的共同接受者，该项目专门研究机器学习。为了认可人工智能在他的领域所拥有的前景，Bucci最近还创办了一本名为《人工智能热流体》的杂志，以介绍人工智能驱动的研究进展。

Bucci说：“我们的社区缺少一个家，适合那些想开发机器学习技术的人。我们希望为计算机科学和热科学领域的人们创造一条共同努力取得进展的途径。我认为我们真的需要让计算机科学家加入我们的社区，以加快这一进程。”

Bucci还认为，人工智能可以用来处理使用他开发的新实验技术收集的大量数据，也可以用来模拟研究人员尚未研究的现象。

Bucci说：“人工智能有可能让我们有机会理解无法观察到的事物，或者至少在我们试图找到许多问题的根本原因时，在黑暗中引导我们。”

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！