Кардиостимуляторы используются для стимуляции регулярного сердцебиения, когда естественная электрическая система кардиостимуляции в организме перестает выполнять свою функцию или работает неправильно. На протяжении многих лет для кардиостимуляторов искали наилучшие «батарейки».
В 70-х годах до использования литий-ионных батарей для питания кардиостимуляторов в США использовались батарейки, получающие энергию от альфа-распада плутония-238. Альфа-распад сопровождается испусканием тяжелого ядра гелия, которое быстро теряет энергию и тормозится: поэтому тонкий корпус батарейки способен полностью защитить организм человека от альфа-частиц. Обычно альфа-распад сопровождается сильным гамма-излучением, которое как раз и опасно, но Плутоний-238 является потрясающим исключением, испускание гамма-квантов для которого редкость. Добавочная доза излучения от одной такой батарейки в кардиостимуляторе составляет всего 0,1 мЗв в год, при том что обычный человек получает порядка 2,4 мЗв фоновой радиации за год жизни.
Как работали эти вечные батарейки? Насколько это опасно для человека?
Как видно на фотографии кардиостимулятора (уже без плутония) выше, электроника устройства заключена в эпоксидную смолу. Твердый титановый корпус спроектирован таким образом, чтобы выдерживать любые вероятные события повреждения, включая выстрелы и кремацию.
Радиоактивные батарейки имеют огромное время жизни, ведь время полураспада плутония-238 составляет 88 лет, и литий-ионным аккумуляторам остается только завидовать плутонию. Так, в этом году в журнале Int. J. Cardiol. вышла научная статья, описывающая пациента, который в течение 35 лет успешно использовал плутониевый кардиостимулятор, прежде чем решил поменять батарейку.
Доза излучения на поверхности кардиостимулятора составляет приблизительно 5-15 мбэр (микробэр, «биологический эквивалент рентгена», единица измерения) в час от испускаемых гамма-лучей и нейтронов. По оценкам, облучение всего тела составляет приблизительно 0,1 бэр в год для пациента и приблизительно 7,5 мбэр в год для его супруги. Для сравнения, 100 мбэр — это фоновое облучение, которое человек в среднем получает за год.
Зачастую плутониевые кардиостимуляторы переживали своих владельцев. В 1973 году сотрудник Медицинского центра Ньюарк Бет-Исраэль доктор Виктор Парсоннет установил 20-летней женщине кардиостимулятор фирмы Numec NU-5. На тот момент устройство обошлось пациентке в 23 000 долларов в пересчете на современный курс. Однако в долгосрочной перспективе ядерный кардиостимулятор оказался весьма экономным – любой другой аналогичный прибор за такой срок потребовалось бы сменить от четырех до пяти раз.
По данным Парсоннета, NU-5 установили 139 больным. Большинства из них уже нет в живых.
Батарейкой в таком кардиостимуляторе, как мы уже сказали, служит радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ), использующий тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов и преобразующий её в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора. По сравнению с ядерным реакциями деления, которые протекают на обычных атомных станциях, РИТЭГ гораздо более компактны. КПД у них небольшое, как и выходная мощность, однако они не требуют обслуживания и работают десятилетиями. Многие спутники, которые мы запускали в холодные глубины космоса, вроде тех же «Вояджеров», уносили с собой РИТЭГ с плутонием-238 — в этом секрет их долговечной работы.
