Batterietechnik 21.01.2019, 11:49 Uhr

Mini-Atombatterie: 50 Jahre Strom für den Herzschrittmacher

Nuklear betriebene Mini-Batterien sind klein, wartungsfrei und langlebig. Russische Forscher haben nun herausgefunden, wie sie die Laufzeit deutlich verlängern können, ohne gefährliche Gamma-Strahlen freizusetzen. Die Atombatterien könnten in Herzschrittmachern eingesetzt werden.

Das für die Atombatterie in Frage kommende Isotop Nickel-63 zerfällt in unbedenkliche Beta-Strahlung ohne schädliche Gamma-Strahlen zu entwickeln. Deswegen ist es aus Sicht der Forscher für die Anwendung in der Medizin geeignet. Quelle: Panthermedia.net/anankkml

Das für die Atombatterie in Frage kommende Isotop Nickel-63 zerfällt in unbedenkliche Beta-Strahlung ohne schädliche Gamma-Strahlen zu entwickeln. Deswegen ist es aus Sicht der Forscher für die Anwendung in der Medizin geeignet.

Foto: Panthermedia.net/anankkml

Russische Wissenschaftler haben nach eigenen Angaben einen wichtigen technischen Fortschritt auf dem Weg zu medizinisch nutzbaren Atombatterien erzielt. In einer Gaszentrifuge konnten sie das radioaktive Isotop Nickel-63 (Ni-63) auf mehr als 69 % anreichern, so der staatliche russische Hersteller von Kernbrennstoffen TVEL in Moskau. Das Isotop kommt als mögliche Energiequelle für Atombatterien in Frage.

Atombatterie: Hoher Anreicherungsgrad gleich große Lebensdauer

Je höher der Grad der Anreicherung, desto höher ist die Lebensdauer der (Mini-)Atombatterie. Basierend auf der aktuellen Anreicherungsmethode solle in der Forschungsanlage in Selenogorsk in Sibirien noch dieses Jahr eine Anreicherung von mehr 80 % erreicht werden. Dabei produzieren die Atombatterien den Strom nicht wie im Atomkraftwerk durch die Energieentwicklung einer gezielt herbeigeführten Kernspaltung.

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Vielmehr resultiert die Stromproduktion aus dem natürlichen Zerfall von Radioisotopen wie etwa Nickel-63 oder Tritium. Nickel-63 kommt im Übrigen nicht in der Natur vor. Es handelt sich also um ein künstlich hergestelltes Isotop, dessen Halbwertzeit bei 100 Jahren liegt.

Nickel-63: „Sanfte Beta-Strahlung ohne schädliche Gamma-Strahlung“

Die Halbwertzeit (oder auch Halbwertszeit) bezeichnet ganz allgemein den Zeitraum, nach der eine mit der Zeit abnehmende Größe – in diesem Fall die Radioaktivität – auf die Hälfte des anfänglichen Werts gefallen ist. Nach Angaben von TVEL zerfalle Nickel-63 in „sanfte Beta-Strahlung ohne schädliche Gamma-Strahlung“, weshalb es für die Anwendung in der Medizin in Betracht komme.

Betastrahlen können mit einem einige Millimeter dicken Absorber gut gegenüber der Umgebung abgeschirmt werden. Das Abschirmmaterial sollte dabei aus möglichst leichten Atomen bestehen, wobei ein dahinter liegender zweiter Absorber die Reststrahlung abschirmen kann. Nach Angaben des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS) reiche zur Abschirmung der Strahlung schon eine einfache Plastikverpackung aus.

Gammastrahlung ist dagegen eine besonders aggressive, durchdringende elektromagnetische Strahlung. Sie entsteht, wenn die Atomkerne natürlich vorkommender oder künstlich erzeugter Radioisotope spontan zerfallen. Im menschlichen Körper kann sie je nach Strahlendosis zu ausgedehnten Zell-, Erbgut und Gewebeschäden führen, die bei höher Dosis tödlich sein kann.

Atombatterie: Lebensdauer bis zu 50 Jahre möglich

Atombatterien mit dem Betastrahler Nickel-63 scheinen hingegen unbedenklich zu sein, wenn sie adäquat abgeschirmt werden. Sie könnten deswegen auch in „Herzschrittmachern und anderen Biostimulatoren“ verwendet werden, meint das TVEL. Die Batterien eines Herzschrittmachers halten bisher zwischen 5 bis 10 Jahre, bevor sie ausgetauscht werden müssen. Kompakte Atombatterien könnten hingegen eine Lebensdauer von bis zu 50 Jahren erreichen.

Die Idee eines Herzschrittmachers, der mittels Atombatterien betrieben wird, ist übrigens nicht ganz neu. Nach Angaben des BfS seien einigen Patienten in den USA, aber auch in Deutschland Mitte der 1970er Jahre Herzschrittmacher-Batterien mit dem Isotop Promethium-147 eingesetzt worden. Jedoch habe es Probleme bei der Batteriegröße, der Lebensdauer und der Abschirmung der Strahlung gegeben.

Atombatterien in Weltraum-, Militär- oder Industrieanlagen

Vor allem laut im Instrumentenbau und in der Funkelektronik liegen Atombatterien nach TVEL-Angaben aktuell schon im Trend. Die nuklearen Mini-Batterien könnten in Weltraum-, Militär- oder Industrieanlagen zum Einsatz kommen – oder sie werden dort schon eingesetzt. Denn die US-Raumfahrtbehörde NASA verwendet seit längerer Zeitraum Atombatterien – sogenannte RTG (Radioiosotope Thermoelectric Generators) – als Energiequelle für Weltraumanlagen. Die NASA setzt hier meistens den sehr starken Alphastrahler Plutonium-238 ein.

So fährt der Mars-Rover „Curiosity“ mit einer derart betriebenen Atombatterie. Auch die Sowjetunion versorgt Leuchttürme und andere entlegene Anlagen mit Strom aus RTG. Wann die Atombatterie für den Herzschrittmacher tatsächlich marktreif sein wird, bleibt noch offen.

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Ein Beitrag von:

  • Thomas Kresser

    Thomas Kresser ist Biologe und ausgebildeter Journalist. Er arbeitet unter anderem für das VDI Technologiezentrum, das Medizinportal NetDoktor, die Ärzteplattform Esanum und die Bauer Media Group. Thomas Kresser war Chefredakteur/stellv. Chefredakteur von DocCheck, Lifeline, Medscape und Onmeda. Er ist Gründer und Gesellschafter von ContentQualitäten. Seine Schwerpunkte: Biowissenschaften, Medizin, Nachhaltigkeit, Klimaschutz, Digital Health

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