Le Pace Maker. Concours Manipulateur électroradiologie Nantes 2014


Ces stimulateurs cardiaques envoient des impulsions électriques au myocarde lorsque celui-ci commence à ralentir. Il est implanté chez les patients qui souffrent de bradycardie, c'est à dire chez qui le coeur ne bat plus assez vite, entrraînant des complications pour la santé, comme des malaises voir des insuffisances cardiaques.
Ils utilisent principalement deux sources d'énergie :
- la première consiste à équiper les stimulateurs de pile au lithium.
- la seconde récupère l'énergie libérée lors de la fission de noyaux de plutonium 238.
Pour l'avenir des chercheurs ont développé un pacemaker qui se recharge grâce à l'énergie mécanique fournie par les battements du coeur. D'après futurasciences et frm.
Utilisation de l'énergie libérée par une source de plutonium 238.
Certains stimulateurs cardiaques fonctionnent à partir de l'énergie libérée par la désintégration alpha des noyaux de plutonium 238. La chaleur produite par les réactions nucléaires est transformée en énergie électrique par effet Seebeck. Ce principe totalement passif repose sur le fait que dans un circuit électrique fermé, constitué de métaux différents ( non alimenté électriquement ), un courant électrique va circuler s'il existe une différence de température entre ces deux éléments. D'après http://www.je.comprends.enfin.fr.
Pile au lithium.
On utilise une électrode au lithium et une électrode liquide en chlorure de thionyle ( SOCl2). La densité d'énergie d'une pile lithium-ion est égale à dE = 5,40 105 J / kg. c'est la quantité d'énergie que peut délivrer la pile pour 1 kg de lithium.
La durée de vie des piles au lithium des pacemakers varie de 5 à 7 ans selon l'utilisation.
Etude de la pile au plutonium.
Représenter la chaîne de conversion d'énergie lors du fonctionnement de cette pile.
La fission du plutonium libère de l'énergie. 10% de cette énergie thermique et convertie en énergie électrique par effet
Seebeck.
Lors de la désintégration du plutonium 238 il se forme de l'uranium 234 et un noyau d'hélium.
Ecrire l'équation de cette désintégration.
23894Pu --->23492U +42He.
Calculer l'énergie libérée ( en J) par la désintégration d'un noyau de plutonium.
E = |m(
23492U)+m(42He)-m(23894Pu)|c2.
E =|3,8863+0,0664472-3,9529|10-25 *9,00 1016=1,375 10-12  ~1,38 10-12 J.
En déduire l'énergie libérée par une mole de plutonium.
1,375 10-12  NA =1,375 10-12  *6,02 1023 =8,28 1011 J mol-1.


Faux.

Question de synthèse.
En quoi la découverte des chercheurs de l'University of Michigan est -elle un progrès ?
Les piles au lithium utilisées pour alimenter les stimulateurs cardiaques ont une grande capacité massique : elles peuvent fonctionner longtemps sans intervention chirurgicales pour les renouveler.
De plus, sous un faible volume, elles stockent une quantité d'électricité importante : le stimulateur peut ainsi être miniaturisé.
L'énergie totale Et libérée  par la source radioactive d'un stimulateur cardiaque est voisine de 2,0 1021 MeV.
m0 = N0 / NA *M(238Pu) = 3,6 1020 /(6,0 1023) *238 =3,6 / 6 *238 10-3 =0,14 g.
Cette valeur très faible permet d'envisager la miniaturisation des stimulateurs cardiaques.
Les noyaux de plutonium 238 qui constituent la sourc radioactive permettant d'alimenter les stimulateurs cardiaques ont un temps de demi-vie t½ =88 ans, ce qui correspond à une constante radioactive l = 7,9 10-3 an-1.

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On considère que le stimulateur fonctionne de manière convenable juqu'à une diminution de 30 % de son activité initiale, ce qui correspond à une activité A1.
A1 = 0,7 A0.

Cette valeur élevée est en adéquation avec l'utilisation du plutonium comme source d'alimentation des stimulateurs cardiaques.
Dans les années 70, l'alimentation des stimulateurs cardiaques à l'aide de source radioactive présentait quelques inconvénients, notamment une éventuelle irradiation en cas de défaillance du boîtier hermétique.
La découverte des chercheurs évite une intervention chirurgicale afin de changer la pile au lithium et les inconvénients d'une éventuelle irradiation.






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