Искусственное сердце
Предложение об использовании небольшого, имплантированного в тело человека свободнопоршневого двигателя Стирлинга в качестве насоса в системе кровообращения широко изучалось многими фирмами, в том числе «Макдоннел — Дуглас» [20] и «Аэроджет оф Калифорниа» [21]. На эту область применения двигателя Стирлинга часто не обращают должного внимания, хотя качество разработок и изобретательность, требуемые при выполнении такой программы исследований, по-видимому, выше, чем в любом другом случае. Пренебрежительное отношение к этому вопросу, по-видимому, обусловлено тем фактом, что гораздо больше соответствующих публикаций появилось в медицинских, а не в технических журналах. Обзор работ, выполненных в этом направлении, сделали Мартини [22] и Уокер [23]. В их работах приведена также хорошая библиография.
Совершенно очевидно, что, если двигатель имплантируется в тело человека, источник энергии должен обеспечить подвод энергии на требуемом уровне в течение многих лет без подзарядки. Единственно приемлемыми источниками энергии являются радиоактивные изотопы, и в течение многих лет из-за достаточно долгого периода полураспада применяли изотоп 238Ри. Использование механического двигателя с тепловым приводом в качестве аппарата для циркуляции крови может показаться, как отмечалось ранее, чем-то необычным. Но следует иметь в виду, что только в США в 70-е годы ежегодно от болезней сердца умирало около миллиона человек (т. е. в три раза больше, чем от рака). Кроме того, более 25% взрослого населения США страдает коронарной недостаточностью, и расходы на пх медицинское обслуживание превышают 300 млн. долл. С учетом приведенных цифр указанное применение двигателей Стирлинга в медицине представляется более реалистичным [24]. В начале 60-х годов в качестве механического двигателя предполагалось использовать двигатель Ренкина. Мощность, требуемая для перекачки крови, составляет 3—5 Вт. Наилучший двигатель, разработанный фирмой «Макдоннел — Дуглас», вырабатывающий такую мощность, требует максимального подвода тепловой энергии 20 Вт. При посещении лабораторий этой фирмы одним из авторов этой книги в 1977 г. ему показали двигатель Стирлинга, который может заменить сердце и работать непрерывно в течение трех лет. Заменяющий сердце двигатель Стирлинга такого же размера фирмы «Аэроджет» был имплантирован в корову и нормально функционировал в течение всего времени испытаний [21]. Его непрерывная работа продолжалась более 67 000 ч. Естественно, такие системы малы по размеру и имеют сложную систему клапанов насосной установки, имитирующих перекачивающее действие сердца. В действительности двигатель Стирлинга заменяет действие сердечной мышцы, а не самого сердца. Масса лучших образцов составляет около 0,8 кг.
Теплота, отводимая от системы, должна рассеиваться в тканях человеческого тела, но 15 Вт — это очень мало и составляет всего 15 % тепловой энергии, обычно выделяемой спящим взрослым человеком. Тем не менее естественное стремление уменьшить величину рассеиваемого тепла и массу системы привело к появлению многих остроумных конструкций теплообменников, что имеет конечной целью улучшение характеристик системы. В частности, по вполне понятным причинам наибольшее внимание уделялось регенератору [25] и уплотнениям [26].
Но, как и в случае электростанций с продолжительным сроком действия (т. е. атомных электростанций), использование ядерной энергии в этой области вызывает возражения общественности. В работе [23] описан «сценарий», по которому тысяча человек с трансплантированными вместо сердца двигателями Стирлинга, оказавшись рядом, образуют критическую массу плутония. Такое абсурдное предположение — одна из типичных причин, по которым может произойти свертывание программ по созданию системы с двигателем Стирлинга на изотопах. Для людей же, страдающих сердечными заболеваниями, эти меры, продиктованные ложной аргументацией и неосведомленностью, могут исключить единственный шанс выжить. Рассматриваемому в следующей главе источнику — солнечной энергии, — к счастью, не грозит такая перспектива.
