В детстве нам казалось, что Sega Game Gear постоянно требуются свежие батарейки, но и Game Boy имел сильный аппетит к Duracell и Energizer. Современным портативным консолям наподобие Switch достаточно ночной зарядки, но чтобы иметь возможность продолжать играть в Tetris даже в постапокалиптической пустоши, Иэн Чарнас создал карманную консоль с ядерным источником питания, вообще не требующую батареек.
Когда говорят о ядерной энергии, то обычно вспоминается огромная электростанция с узнаваемыми силуэтами градирен, генерирующая столько энергии, что её хватит на освещение множества городов. Cуществуют и более компактные версии, позволяющие подводным лодкам и авианосцам месяцами находиться в море без необходимости возврата в порт для дозаправки. Но Чарнас выбрал другой вариант, ведь несмотря на то, что купить урановую руду может каждый, её обогащение для использования в крупных реакторах жёстко регулируется.
Радиоактивный распад, при котором атом теряет энергию, испуская электроны, называют ядерной энергией, но необходимо найти способ использовать этот процесс для генерирования электричества. Именно так и поступил Чарнас, воспользовавшись хитрым трюком, однако вместо урана он применил изотоп водорода под названием «тритий». Если вы фанат наручных часов, то скорее всего знакомы с тритием, потому что он используется для освещения циферблата часов без необходимости светодиодов и даже батарей. Тритий герметично запакован в стеклянную трубку, изнутри покрытую фосфорическим материалом, который светится, когда с ним сталкиваются излучённые электроны, почти так же, как это происходило в старых телевизорах с электронно-лучевой трубкой. Эти тритиевые трубки могут светиться до 25 лет, и благодаря этому Чарнасу удалось использовать их в качестве источника питания.
Если что-то светится, то оно испускает свет, а если оно испускает свет, то солнечный элемент может использовать это освещение для генерирования полезного электричества. Чарнас создал своего рода ядерную батарейку, собрав сэндвич из нескольких тритиевых трубок, вставленных между двумя солнечными элементами, а затем опечатал устройство, чтобы весь испускаемый трубками свет не мог просочиться и падал только на элементы. В результате ему удалось получить аж целых 1,5 микроватт электричества, что не особо много. Чтобы ядерная батарея могла запитать что-то типа фена для волос, Чарнасу бы потребовалось изготовить 1,2 миллиарда таких источников.
Так как первый Game Boy, считающийся самым известным устройством для игры в Tetris, работал от четырёх батареек AA, Чарнас выбрал дешёвую современную подделку, требующую гораздо меньше мощности для игры. Ядерная батарея всё равно оказалась недостаточно мощной для работы карманной консоли в реальном времени, однако использовав её для медленной зарядки тонкоплёночного твёрдотельного аккумулятора (обладающего очень малой утечкой энергии), Чарнас обнаружил, что может играть в Tetris аж целых 55 минут, прежде чем понадобится перезарядка.
К сожалению, для 55 минут игры требуются целых два месяца зарядки, поэтому ядерная батарея остаётся совсем неидеальным решением по сравнению с современными удобными источниками питания. Но если мир когда-нибудь вернётся в тёмные века и доступ к электричеству будет невозможен, то у Чарнаса по крайней мере раз в несколько месяцев будет возможность отвлечься от тягот существования.
Комментарии (53)
alexxisr
15.07.2021 09:15+5а нельзя просто ловить эти вылетающие из трития электроны? Наверняка это выгоднее чем преобразование тритий - люминофор - солнечная панель
dcoder_mm
15.07.2021 09:28+3Можно, собственно коммерческие ядерные батарейки так и работают https://en.wikipedia.org/wiki/Betavoltaic_device
YMA
15.07.2021 09:20-1Интересно, а вечные часы на таких источниках энергии еще не делают? ЖК экран, по опыту, вполне 25-30 лет работает (более старых экземпляров у меня просто нет), современные твердотельные конденсаторы и электроника могут и больше проработать.
Забавно было бы купить настольные/настенные часы на всю жизнь ;)
ewavr
15.07.2021 09:44+2Период полураспада 12 лет, это на кошачью жизнь)
vedenin1980
15.07.2021 11:16+2Это просто значит, что взяв мощность с 2х кратным запасом можно получить 24 года, с 4х кратным — 36 лет, с 2^N кратным — 12*N лет. При большом запасе мощности и на жизнь хватит.
anonymous
00.00.0000 00:00alexxisr
15.07.2021 10:17+1делают на солнечных батарейках - если пару часов в день на свету их держать, то заряда хватает на неделю. Производитель говорит что на жизнь должно хватить.
dcoder_mm
15.07.2021 11:04Кстати да, я пару лет назад очень удивился, увидев в магазине над полкой с молоком термометр с мелкой солнечной панелью который вполне бодро работал от лампы освещающей полку. Дома свет конечно слабее, но в целом должно работать.
yewuv
15.07.2021 13:13+1
YMA
15.07.2021 14:10Этому, кстати, солнечной батареи хватало в обрез. Как-то на олимпиаде помещение оказалось слабоосвещенным, и эта зараза не захотела работать ;) Пришлось попроситься пересесть поближе к лампе.
Хотя сам по себе аппарат достойный, скобки, натуральные дроби, расчеты в градусах.
amidas
21.07.2021 09:01У меня есть древние Casio Protrek со встроенной солнечной батареей, им лет 8 точно уже. Ни разу ещё ни останавливались.
nixtonixto
15.07.2021 14:16Сравнительно вечные делают, некоторые наручные Casio от 2032 батарейки работают 10 лет.
dcoder_mm
15.07.2021 14:28Но тут же красива сама идея: устройство у которого никогда не сядут батарейки, потому что их нет и отсутствуют костыли вроде energy harvesting
vedenin1980
15.07.2021 14:38+1Помню продавались наручные часы, которые заводились от движения на руке человека.
Можно, вероятно, сделать настольные/настенные часы, которые заводились бы от колебания температуры/давления/ветра/солнечного света, благо аналоговым часам нужно совсем немного энергии.dcoder_mm
15.07.2021 15:13Но это портит всю красоту: ядерная батарейка-то не зависит вообще ни от чего кроме времени.
vedenin1980
15.07.2021 16:24+2Может быть, хотя «вечные часы» на основе барометра в теории могут проработать до тех пор пока существует атмосфера у Земли (если остальные части тоже будут вечными), то есть несколько млд. лет.
dcoder_mm
15.07.2021 17:01+1Вот это интересно, спасибо. Не знал о них. Статья по вашей ссылке правда ни на что не ссылается, но я нашел целые залежи странных механических часов со ссылками и фотографиями: http://www.douglas-self.com/MUSEUM/POWER/oddclocks/oddclocks.htm
YMA
15.07.2021 17:31Посмотрел, из продающихся сейчас есть Jaeger le Coultre Atmos — на ebay их много продается, но цены негуманные совершенно, от 140 до 600 т.р.
dcoder_mm
15.07.2021 17:37Не надо их покупать. Там про половину часов из списка автор справедливо замечает что их принцип работы довольно сомнительный.
nixtonixto
15.07.2021 14:42+1Девайс из статьи тоже вряд ли проработает больше десятка лет — учитывая полураспад и старение с повреждениями частицами солнечных элементов. Более-менее вечным может быть РИТЭГ на плутонии, как у Вояджеров, но это совсем другая тема…
dcoder_mm
15.07.2021 15:13Но betavoltatic cells насколько я понимаю, вполне могут работать и 100 лет, если выбрать подходящий изотоп https://mipt.ru/english/news/prototype_nuclear_battery_packs_10_times_more_power
HexNut
16.07.2021 00:31У Casio есть серии с солнечной панелью и Li-Ion аккумуляторомм(например - ProTrek) . После пяти лет эксплуатации признаков того что батарейка садится не обнаружил (пользуюсь PRW-2500 и PRX-2000)...
tyomitch
15.07.2021 09:42опечатал устройство, чтобы весь испускаемый трубками свет не мог просочиться и падал только на элементы
Очевидно, что свет будет падать не только на элементы, но и на тот материал, которым устройство опечатано. Это значит, что опечатывание никак не влияет на энергоэффективность.
randomfoto
15.07.2021 22:03+1Это сделано не для энергоэффективности,
В силу малой энергии распада трития испускаемые электроны хорошо задерживаются даже простейшими преградами типа одежды или резиновых хирургических перчаток. Тем не менее, этот изотоп представляет радиационную опасность при вдыхании, поглощении с пищей, впитывании через кожу.
dcoder_mm
15.07.2021 09:53+4Вот еще один геймбой без батареек: https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3411839
Содежит солнечные батарейки, свитчи с индуктивными генераторами, микроконтроллер серии Ambiq Apollo (который при помощи черной магии добивается динамического потребления в 6-10мкА/МГц), FRAM и забавную архитектуру эмулятора, всегда готового к отключению питания и не теряющего game state
А главное, проект описан в виде pdf а не видео на ютубе
K0styan
15.07.2021 10:21+410 лет назад: https://habr.com/ru/post/116659/
bfDeveloper
15.07.2021 14:24+1Вы следующий пост читали? Это была первоапрельская шутка. habr.com/ru/post/116784
K0styan
15.07.2021 14:48+2Да, причём признаюсь: тогда - повёлся.
Но это делает историю ещё более ироничной: сначала один человек конструирует некую концепцию ради шутки - а потом другой делает из неё же работающий девайс.
Jogger
15.07.2021 11:42+3даже в постапокалиптической пустоши
до 25 лет
Вы знаете что-то, что недоступно широким кругам населения, или это необоснованный оптимизм?
extremegym
15.07.2021 15:37+5Радиоактивный распад, при котором атом теряет энергию, испуская электроны, называют ядерной энергией
Нельзя же так…
lv333
15.07.2021 16:01+1Ну для такой задачи проще взять долгоиграющий химический источник тока, который даже самому изготовить легко можно, но тогда бы конечно весь хайп с "ядреным мотором" пропал:) А так изготовить на твердом электролите и алюминие или магние батарейку способную выдать такую "мощу" сравнимое или даже большее время чем эта, довольно легко у себя на кухне, да и мощность у нее была бы скорее всего достаточна что бы напрямую без костылей такой девайс питать, а не раз в 2 месяца на час.
YMA
15.07.2021 17:36А какой химический источник тока точно проработает условно 100 лет?
Видел железо-никелевые аккумуляторы 30-40 годов прошлого века, живы до сих пор, но они могут работать только в буферном режиме, с внешним источником энергии — саморазряд большой.lv333
15.07.2021 17:47+1Да хотя бы такой https://m.habr.com/ru/company/mailru/blog/373377/ даже не 100, а уже 181 год. Принципы изготовления таких источников тока довольно несложные, даже в кустарных условиях. Ядерная батарейка на тритие тут даже рядом не стояла:) Сейчас можно сделать даже с лучшими характеристиками, вот только проверить разве что правнуки смогут:)
MonkeyD
15.07.2021 19:54Да, попробывал я в свое время такую идею. Намутил радиолюминофор, весьма неплохие панели, америций, и оно даже работало, но токи, весьма малы. При размере ячейки 15 на 15см, выдавал всего 75мА без просадки, при напряжении 7 вольт. Еще, есть один патентик в сети, весьма занимательный в том, что его дата регистрации, указанна за 2013й год, и там использовался итрийстронций, плюс люминофор, плюс очень дорогие ФЭУ. И в патенте весьма четко и интересно распаснно, но проблема в стоймости ФЭУ, источника (и его законности), а так же в том, что ФЭУ имеет неприятную привычку выгорать постепенно (ну или как правильно называется). Идея жизнеспособна, но увы, наши технологии преобразования света в электричества все еще плохи, солнечные панели тоже деградируют, да и их КПД оставляет желать лучшего, и для приемлемого тока с напругой, придется такой не кислый свет создать, что рождает вопросы к источнику излучения, и источнику преобразования энергии распада в свет.
gorgona45
19.07.2021 09:47Намутил радиолюминофор, весьма неплохие панели, америций
И к Вам люди в штатском с 220 и 221 не приходили? Или это все в рамках средмашевской лаборатории было и по заданию на работе?
lonelymyp
15.07.2021 21:34+1Захотелось беспроводную клавиатуру без батареек. Режим работы как раз подходящий, ночью заряжается, днём работает.
Lennonenko
23.07.2021 10:49logitech k750 не подойдёт?
работает в помещении без окон от света потолочных светильников
OldGrumbler
15.07.2021 22:04Хм. А вот и идея, высосанная из каментов - для тетрисов, клавиатур, и прочих устройств, поглощающих посредством кнопок неуёмную мышечную дурь пользователей. Ставим под каждую кнопку пьезоэлемент и отбираем аж целые джоули. Период полураспада источника энергии равен периоду полураспада юзера.)
Правда, идея не нова - лет несколько назад встречал где-то описание беспроводного выключателя, питающегося тоже от юзерского пинка.)
dcoder_mm
15.07.2021 22:48Мне тоже эта идея очень понравилась, пока я не прочитал в даташите на свитчи от того геймбоя, что сила нажатия там около 13N. Это 1.3кг. Можете собрать качельки из подручных средств, поставить на них мерный стакан с 1.3л воды и понажимать. Главное не разлить (я разлил). У свитчей для механических клавиатур сила порядка 0.5N. У печатных машинок порядка 2N.
лет несколько назад встречал где-то описание беспроводного выключателя
То был EnOcean, теперь есть лучше (с блютузом)
Страшная картинка
TedBeer
16.07.2021 00:20+1Раньше какая-то фирма делала такие выключатели, а теперь и китайцы штампуют - звонок без батареек Нажатия кнопки хватает чтобы запитать передатчик и послать сигнал в приемник.
LibrarianOok
17.07.2021 20:57Был бы умный, собрал бы на термоэлементах.
www.433175.ru/stat/3747-termoelektrogenerator-kerosinovoe-radio.html
vk.com/wall-61597300_5088
engine9
А что за конденсаторы со сверхмалой утечкой кто знает?
dcoder_mm
CBC3150 (https://youtu.be/6byi-RFrgtU?t=344)