לרפאל תואר דוקטור במחלקה למדעי כדור הארץ במכון ויצמן למדע, תואר שני באקלים וסביבה מהמכון הלאומי לחקר האמזונס של ברזיל, ותואר ראשון בגיאוגרפיה מהאוניברסיטה הפדרלית פלומיננסה, בניטרוי, ריו דה ג'נירו, ברזיל. מחקריו עסקו בהשפעות על האקלים של חלקיקים שנפלטים משריפות יער, ובשטפים של פחמן, מים, חום וקרינה בין האטמוספירה לשימושי קרקע שונים, כגון מערכות אקולוגיות שונות ושדות פוטו-וולטאיים.
במסגרת תפקידו בלשכת המדענית הראשית במשרד החקלאות ופיתוח הכפר, פעל רפאל במספר תחומים:
- תוכנית פיילוט דו-שימוש בשטח החקלאי: מערכות אגרו-וולטאיות: רפאל היה חבר בצוות המתכלל של הפיילוט המשותף בין משרד החקלאות ומשרד האנרגיה לקידום ותמיכה במחקרים על השילוב המיטבי בין ייצור חשמל באמצעות לוחות סולאריים וחקלאות משגשגת, באופן שבו שני הצדדים יוצאים נשכרים. רפאל היה חבר בוועדת השיפוט על הצעות המחקר הסופיות, ובחלוקת תקציב המשרד בין החוקרים. כמו כן, מוביל רפאל את הקמת מערכת המטא-ניתוח נתוני עתק (ביג דאטה) של כל הפרמטרים במחקר שיינותחו על ידי המשרד.
- שימוש בטכנולוגיית עריכה גנומית בחקלאות: רפאל כתב נייר מדיניות המשמש כבסיס להקמת הרגולציה לטכנולוגית העריכה הגנומית בחקלאות בישראל. רפאל חבר בפגישות הנהלה בנושא, ומייעץ לוועדה הראשית לצמחים מהונדסים.
- חלבון אלטרנטיבי: רפאל לוקח תפקיד פעיל בתכנון ויישום אסטרטגיות לקידום מחקרים, רגולציה ומסחור של בשר מתורבת בישראל. יוזמה זאת היא בשיתוף פעולה רחב עם רשות החדשנות, משרד הבריאות, המשרד להגנת הסביבה, ומשרדים נוספים.
- יישום כלי בינה מלאכותית בחקלאות מתקדמת: רפאל לקח חלק מרכזי בצוותים שונים שבחנו שימוש בכלים של בינה מלאכותית לטובת מטרות כגון הפחתת השימוש בתכשירי הדברה בחקלאות. רפאל אף השתתף בצוותים שעבדו בממשקים עם משרדים אחרים, כגון משרד המודיעין ומשרד הביטחון, במטרה למצוא תחומים בחקלאות שאפשר ליישם בהם טכנולוגיות מפציעות הקיימות בשימוש במשרדים אחרים.
- ייצוג המשרד בפורומים מובילים: רפאל נשלח לייצג את המשרד בפורומים מובילים, כגון תוכנית פורטר של משרד הכלכלה, מפגשים עם משרד החקלאות האמריקאי (USDA), ועדות בכנסת ועוד.