Pacemakers worden gebruikt om een regelmatige hartslag te stimuleren wanneer het natuurlijke elektrische stimulatiesysteem van het lichaam niet meer werkt of niet goed werkt. Voor pacemakers wordt al jarenlang gezocht naar de beste "batterijen".
In de jaren zeventig, voordat lithium-ionbatterijen werden gebruikt om pacemakers in de Verenigde Staten van stroom te voorzien, werden batterijen gebruikt die energie putten uit het alfa-verval van plutonium-238. Alfa-verval gaat gepaard met de emissie van een zware heliumkern, die snel energie verliest en wordt geremd: daarom kan het dunne lichaam van de batterij het menselijk lichaam volledig beschermen tegen alfadeeltjes. Alfa-verval gaat meestal gepaard met sterke gammastraling, wat precies gevaarlijk is, maar Plutonium-238 is een verbluffende uitzondering, waarvoor de emissie van gamma-kwanta zeldzaam is. De extra stralingsdosis van zo'n batterij in een pacemaker is slechts 0,1 mSv per jaar, terwijl een gewoon mens ongeveer 2,4 mSv aan achtergrondstraling per levensjaar ontvangt.
Hoe werkten deze eeuwige batterijen? Hoe gevaarlijk is het voor mensen?
Zoals je kunt zien op de foto van de pacemaker (al zonder plutonium) hierboven, is de elektronica van het apparaat omsloten door epoxyhars. De stevige titanium behuizing is ontworpen om elke mogelijke schade te weerstaan, inclusief geweervuur en crematie.
Radioactieve batterijen hebben een enorme levensduur, aangezien de halfwaardetijd van plutonium-238 88 jaar is en lithium-ionbatterijen alleen maar jaloers kunnen zijn op plutonium. Dus dit jaar in de Int. J. Cardiol. publiceerde een wetenschappelijk artikel waarin een patiënt wordt beschreven die 35 jaar met succes een plutoniumpacemaker heeft gebruikt voordat hij besloot de batterij te vervangen.
De stralingsdosis op het oppervlak van de pacemaker is ongeveer 5-15 mrem (microrem, "biologisch equivalent van röntgenstraling", een meeteenheid) per uur afkomstig van de uitgezonden gammastralen en neutronen. Geschat wordt dat de totale lichaamsbestraling ongeveer 0,1 rem per jaar is voor de patiënt en ongeveer 7,5 miljoen per jaar voor zijn echtgenoot. Ter vergelijking: 100 mrem is de achtergrondstraling die een persoon gemiddeld per jaar ontvangt.
Vaak maakten plutonium-pacemakers zich zorgen over hun eigenaars. In 1973 voorzag Dr. Victor Parsonnett, een staflid van het Newark Beth Israel Medical Center, een 20-jarige vrouw met een Numec NU-5-pacemaker. Op dat moment kostte het apparaat de patiënt $ 23.000 in termen van een moderne cursus. Op de lange termijn is een nucleaire pacemaker echter zeer zuinig gebleken - elk ander vergelijkbaar apparaat zou in zo'n periode vier tot vijf keer moeten worden vervangen.
Promotie video:
Volgens Parsonnet waren 139 patiënten NU-5 geïnstalleerd. De meesten van hen leven niet meer.
De batterij in zo'n pacemaker is, zoals we al zeiden, een radio-isotoop thermo-elektrische generator (RTG), die thermische energie gebruikt die vrijkomt tijdens het natuurlijke verval van radioactieve isotopen en deze omzet in elektriciteit met behulp van een thermo-elektrische generator. Vergeleken met kernsplijtingsreacties die plaatsvinden bij conventionele kerncentrales, zijn RTG's veel compacter. Hun efficiëntie is laag, net als het uitgangsvermogen, maar ze hebben geen onderhoud nodig en werken al tientallen jaren. Veel satellieten die we in de koude diepten van de ruimte lanceerden, zoals de Voyagers, droegen RTG's met plutonium-238 met zich mee - dit is het geheim van hun langdurige werking.