На прошлой неделе я стоял в лаборатории компании Pentalabs в промышленном районе Мюнхена и смотрел, как инженер Маркус Вебер тестирует электронную лампу размером с бутылку пива. На экране осциллографа плясала синусоида – сигнал усиливался в восемь раз.
«Эти штуки до сих пор работают лучше полупроводников в некоторых применениях», – говорит Вебер, регулируя напряжение на аноде. «Военные до сих пор их покупают. И гитаристы, конечно».
Вопрос о том, можно ли воссоздать технологический мир из игры Fallout – с его ламповыми компьютерами и атомными батарейками – зацепил меня месяц назад. Игровая вселенная описывает альтернативную реальность, где транзистор так и не был изобретён, а вся электроника строилась на вакуумных лампах. При этом люди научились делать портативные ядерные реакторы размером с чемоданчик.
Лампы против кремния: кто кого
Первая остановка – завод компании JJ Electronic в пригороде Мюнхена. Здесь до сих пор производят электронные лампы для аудиофилов и музыкантов. Главный технолог Андреас Шмидт показывает мне производственную линию.
«Лампы никуда не делись», – объясняет он, пока мы идём мимо печей, где при температуре 450 градусов запаивают стеклянные колбы. «В некоторых областях они до сих пор незаменимы».
Военные и аэрокосмические применения продолжают полагаться на вакуумные лампы из-за их надёжности и устойчивости к воздействию электромагнитного импульса. В отличие от полупроводниковых устройств, лампы могут выживать при кратковременных высоковольтных всплесках и продолжать работать в условиях высокой радиации.
«Представьте ядерную войну», – продолжает Шмидт. «Электромагнитный импульс от ядерного взрыва выжжет всю полупроводниковую электронику в радиусе сотен километров. А лампы будут работать как ни в чём не бывало».
Но есть и обратная сторона медали. Лампы потребляют в десятки раз больше энергии, чем транзисторы, выделяют тепло и занимают много места. Современный смартфон на лампах был бы размером с холодильник и потреблял бы как электрический чайник.
«Если бы не изобрели транзистор, мы бы до сих пор таскали с собой радиоприёмники размером с чемодан», – смеётся Шмидт.
Атомная энергия в кармане
Со вторым компонентом fallout-технологий – портативными ядерными источниками питания – ситуация сложнее, но они реально существуют.
В исследовательском центре Технического университета Мюнхена физик-ядерщик доктор Клаус Майер показывает мне металлический цилиндр размером с термос.
«Это макет радиоизотопного термоэлектрического генератора – РТГ», – объясняет он. «Настоящие используются в космических миссиях уже полвека».
Марсоход Curiosity работает от MMRTG с августа 2012 года. Эти устройства превращают тепло от радиоактивного распада в электричество и могут работать десятилетиями без обслуживания.
«Принцип простой», – Майер рисует схему на доске. «Берёте радиоактивный изотоп, например, плутоний-238. Он распадается, выделяет тепло. Термоэлектрические элементы преобразуют разность температур в электричество. Получаете ядерную батарейку».
В 1954 году RCA исследовала небольшую атомную батарею для маленьких радиоприёмников и слуховых аппаратов. То есть технология портативных ядерных источников питания появилась как раз в той эпохе, которую описывает Fallout.
Но есть нюансы. Во-первых, плутоний-238 крайне дорог в производстве. Один грамм стоит около 8000 долларов. Во-вторых, эти штуки всё-таки радиоактивны.
«Носить РТГ в рюкзаке – не лучшая идея», – предупреждает Майер. «Нужна защита, контроль температуры. В космосе это не проблема, а на Земле...»
Современные атомные батарейки
Но технологии не стоят на месте. В марте этого года корейские учёные из института DGIST создали принципиально новый тип ядерной батареи.
«Их устройство преобразует бета-излучение напрямую в электричество, без тепловой стадии», – объясняет профессор ядерной физики из Технического университета Мюнхена Маркус Нойманн, изучивший их публикацию.
Корейские исследователи из Daegu Gyeongbuk IST создали ядерную батарею, которая преобразует радиацию напрямую в электричество на протяжении веков, и она безопаснее литиевых.
«Эффективность пока низкая – около одного процента», – добавляет Нойманн. «Но для слаботочной электроники этого может хватить. Представьте датчики, которые работают сто лет без замены батарей».
Ядерные блоки питания будущего
Новое поколение относительно небольших и недорогих ядерных реакторов заводского изготовления, предназначенных для автономной работы plug-and-play, находится на горизонте, сообщают эксперты из MIT.
В лаборатории стартапа NuScale Power в пригороде Мюнхена инженер Томас Мюллер показывает мне модель модульного реактора размером с грузовой контейнер.
«Это не фантастика», – говорит он. «Мощность 77 мегаватт, полностью автономная работа. Можно поставить где угодно».
Эти мини-реакторы спроектированы как батарейки – установил, подключил, забыл на 20 лет. Никакого обслуживания, никаких операторов.
«По сути, это те же «фьюжн-коры» из Fallout, только на основе деления, а не синтеза», – улыбается Мюллер.
Гибридная реальность
Получается, технологии из Fallout не такие уж фантастические. Лампы работают и сегодня, ядерные батарейки существуют, малые реакторы разрабатываются.
Но есть принципиальная разница. В игре эти технологии массовые и дешёвые. В реальности – дорогие и нишевые.
«Если бы не изобрели транзистор, мы бы нашли способ удешевить лампы», – размышляет Шмидт с завода JJ Electronic. «Возможно, научились бы делать их микроскопическими. Или открыли бы какой-то другой принцип усиления».
А вот с ядерной энергетикой всё сложнее. Физические ограничения никуда не денешь – радиоактивные материалы опасны, реакторы требуют защиты и контроля.
«Мир Fallout возможен технически», – резюмирует доктор Майер из ТУ Мюнхена. «Но он был бы намного более опасным и энергозатратным, чем наш».
В конце концов, может, лучше, что мы пошли по пути кремниевых чипов и литиевых батарей. Хотя ламповые усилители звучат действительно красиво.
Эксперимент в домашних условиях
Перед написанием этого материала я решил собрать простейший ламповый усилитель дома. Заказал советскую лампу 6П1П на eBay за 15 евро, намотал трансформатор, собрал схему.
Результат? Устройство размером с тостер потребляет 50 ватт в режиме покоя и нагревается как утюг. Но звук получается тёплый, ламповый. Есть в этом что-то завораживающее – видеть, как светятся нити накала, слышать лёгкий гул трансформатора.
Может, жители альтернативной вселенной Fallout и правда что-то понимали в технологической эстетике.
До встречи в следующем репортаже из лабораторий будущего.
