¿Para qué se utiliza el curio?

Curio: un elemento sintético

¿Alguna vez ha mirado las etiquetas de su ropa para ver qué materiales la componen? Algunas prendas son de algodón, lino o una mezcla de algodón y sintéticos. Los textiles sintéticos están hechos por el hombre e incluyen nailon, poliéster y spandex, por nombrar algunos. Los materiales sintéticos no se limitan solo a los textiles; también hay elementos sintéticos. Estos elementos son artificiales en un reactor nuclear y generalmente son radiactivos. Veamos los usos de uno de estos elementos sintéticos: el curio.

Baterías de curio

¿Te imaginas tener una batería que dure años sin tener que recargarla? Eso suena demasiado bueno para ser verdad, ¡pero lo es! Hay un par de escenarios en los que las baterías no se pueden recargar fácilmente, si es que se recargan. Aquí es donde entra el curio. Las baterías de curio se utilizan en marcapasos, naves espaciales, satélites y exploradores planetarios. Investiguemos cómo se utilizan en cada uno de estos escenarios.

Curio en marcapasos

Existen condiciones médicas en las que el corazón no funciona correctamente. O late demasiado lento o irregularmente. Esto puede deberse al mal funcionamiento de células especiales en el corazón que generan corriente eléctrica. Un marcapasos es un dispositivo que se inserta debajo de la piel y tiene cables de alambre implantados en el corazón. La unidad de marcapasos genera la corriente eléctrica que necesita el corazón, utilizando la batería de curio instalada en su interior.

Quizás esté pensando, “¿cómo se puede colocar de manera segura un elemento altamente radiactivo en un dispositivo implantado en el cuerpo?” El isótopo de curio que se usa en los marcapasos es Cm-242 , que es un emisor de partículas alfa. Una partícula alfa es el equivalente al núcleo de un átomo de helio. Tiene una masa de cuatro unidades de masa atómica (AMU) y una carga eléctrica de +2. Debido a su tamaño relativamente grande y baja energía cinética, se puede detener muy fácilmente. Piense en la carcasa alrededor del curio como una versión atómica de un chaleco antibalas. Esto significa que el paciente no se expone a la radiación debido a la descomposición del Cm-242 aunque esté dentro de su cuerpo.

Marcapasos antes de su implantación

Otro beneficio de usar Cm-242 en marcapasos es su potencia de salida. Genera aproximadamente de 2 a 3 vatios de potencia por gramo a través de la energía térmica. Esta es una potencia de salida relativamente alta en comparación con otros emisores alfa. Los dispositivos especiales llamados termopares pueden convertir la energía térmica en energía eléctrica, que el marcapasos usa para mantener el corazón bombeando con eficacia.

Una de las preguntas más comunes cuando se instala un marcapasos a un paciente es “¿cuánto dura la batería”? Como mencionamos anteriormente, no es necesario cargar la batería del marcapasos. De hecho, no se puede recargar porque es una reacción nuclear. La vida media del curio-242 es de poco más de 162 días. Cada semivida que pasa, la mitad del curio radiactivo se convierte en plutonio-238. Esto continúa hasta que todo el curio-242 se ha descompuesto en el isótopo de plutonio. Solo se requiere una pequeña cantidad para que la batería funcione, pero se necesita más para mantener un suministro constante porque se deteriora constantemente. Dependiendo de la cantidad de curio usada, las baterías del marcapasos durarán entre cinco y quince años. Veamos otro caso en el que se utilizan isótopos de curio como baterías.

Curio en satélites y exploradores espaciales

Si un satélite está en órbita alrededor de la Tierra o se envían robots a otro planeta, no hay enchufes para cargar las baterías. Además, no hay científicos en la escena para analizar las muestras obtenidas por los robots. Es por eso que se usan baterías de curio de larga duración y se utiliza otro isótopo de curio, Cm-244 . Cm-244 ayuda en el análisis de los componentes elementales de materiales sólidos.

Inicialmente, existía una gran preocupación por el uso de materiales radiactivos en objetos que iban al espacio. En el caso de un accidente como el de los transbordadores espaciales Challenger y Columbia, es posible que el material nuclear se esparza por grandes áreas. Para aliviar este riesgo, se desarrollaron mejores sistemas de contención. Además, los ingenieros diseñaron satélites y robots más pequeños que requerirían menos energía y, por lo tanto, reducirían la cantidad de curio necesaria.

Los robots enviados a Marte, incluidos el Sojourner, el Mars Rover y el módulo de aterrizaje del cometa Philae, utilizan isótopos de curio para dos funciones diferentes, como fuente de energía y para analizar muestras de aire y rocas. Para hacer esto, utilizan espectrómetros de rayos X de partículas alfa (APXS).

El Mars Rover utiliza baterías Cm-242 para la alimentación y Cm-244 para el análisis de muestras.

Las partículas alfa y los rayos X generados por el isótopo Cm-244 bombardean la muestra y los patrones de difracción observados por la computadora se utilizan para identificar los elementos en el material.

Resumen de la lección

Las fuentes de energía son importantes en la vida cotidiana y en aplicaciones muy singulares, como las naves espaciales. En situaciones en las que se requieren fuentes de alimentación y deben funcionar durante años con poca o ninguna atención humana, se utilizan baterías de curio.

Hay varios isótopos de curio que se utilizan. Cm-242 es un emisor alfa. Tiene una vida media de poco más de 162 días y se usa en baterías para marcapasos, naves espaciales y boyas remotas. Las baterías convierten la energía nuclear en energía eléctrica mediante termopares . Cm-244 se utiliza en espectrómetros de rayos X de partículas alfa (APXS) donde las partículas alfa (núcleos de helio) y los rayos X emitidos bombardean una muestra. La difracción de las partículas alfa y los rayos X se utilizan para identificar los elementos del material.