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2023年12月、イギリスの科学者グループが核廃棄物で動作し、5,000年以上継続して稼働可能な電池の最初のプロトタイプを発表しました。詳しく見ていきましょう。
核廃棄物というのは実は矛盾した表現です。物質が放射するということは、それがエネルギーを放出しているという意味です。科学者たちは「なぜそれを地中に埋めるのか、むしろ有効活用しよう」と言っています。
NASAは1970年代からある種の原子力電池を使用して、例えばボイジャーミッションなどに電力を供給してきました。これらは熱核電池と呼ばれるもので、放射性崩壊からの熱を電気に変換します。しかし、熱を経由するこの方法はあまり効率的ではありません。
このため、科学者たちは長い間、放射性崩壊から直接電気を生成する原子力電池を製造しようと試みてきました。新しい電池は、ブリストル大学からのスピンオフ企業であるArkenlight社から登場しました。彼らは炭素14から電池を作りました。この放射性同位体は、原子炉炉心のグラファイト遮蔽材内で生成されます。
これはベータ崩壊を起こすので電子を放出し、半減期は5,700年です。世界中には約25万トンのこのグラファイト「廃棄物」があり、多くの電池に電力を供給することができます。
どのように炭素14から電池を作るかについては、技術レポートがないため詳細は不明ですが、推測はできます。おそらく彼らは炭素14を蒸発させ、安定した炭素同位体のガスと混合します。その半分に窒素を混ぜ、もう半分には別の元素、おそらくリンを混ぜます。そして、それらの物質を何らかの表面に二層に凝縮させます。これらは基本的に合成ダイヤモンドです。
炭素14のランダムな崩壊が方向性のある電流を生み出すように、結晶構造の異なる二つの層が必要です。結果として「ベータボルタ電池」と呼ばれるものになります。そしてその周りには、時々迷走する電子が触れる人に害を与えないように、何らかの遮蔽が必要です。しかし、この種の放射線は遮蔽が非常に容易です。ただ、そのものを噛まないようにするだけです。
同様の電池は以前にも他の同位体や短い半減期のものが製造されていましたが、Arkenlight社はグラファイト廃棄物から炭素14を使用する最初の企業です。これが彼らが最近、最初のプロトタイプで国際的な見出しを飾った理由です。
これは核廃棄物を有用なものに変える非常に素晴らしいアイデアです。しかし、このような電池の出力は超低レベルです。炭素14電池の発電量はおそらく1マイクロワット未満です。ノートパソコンに電力を供給するには、約1億個ほど必要になるでしょう。
これは少し意外に聞こえるかもしれません。私たちは常に原子力はエネルギー密度が高いと聞いているからです。しかし、これは制御された連鎖反応を起こす原子力分裂炉についてのことです。これらの電池は全く異なる仕組みで、放射性崩壊に依存しています。
それでも、そのような小さな出力でも、これらの電池は寿命が非常に長いため、用途があります。例えば、医療用インプラントに電力を供給することができます。私はこれらが近い将来、劇的に一般的になると信じています。何らかのリスク因子がある場合、非常に小さなデバイスが挿入され、何か問題が生じた場合に警報を出したり、痛みや心臓不整脈などの迷走電気信号を調整するために使用されたりするでしょう。
宇宙では、そのような電池は遠い惑星へのミッションでセンサーを生かし続けることができるかもしれません。あるいは、衛星ペイロードのタグに電力を供給して、それらがどこに落下したかを知るために使用することもできます。より身近なところでは、海底の海流を追跡するために使用することもできます。
このイギリスの電池は、もちろん最初の原子力電池ではありません。そして、ダイヤモンド電池がまだ研究室にある一方で、アメリカのCity Labs社は何年も前から原子力電池を販売しています。彼らの電池は、半減期が12年の放射性水素の形態であるトリチウムを使用しています。これらは最大で約100マイクロワットの電力を生成し、原子力電池としては実際にかなりの量です。しかし、半減期が12年では、何百年、あるいは何千年も活動し続けることを望むセンサーには、これらの電池は十分な寿命がありません。
City Labs社の電池はすでに実用化されています。これらは電池交換が難しい遠隔地、例えば荒野の気象観測所などの環境センサーに電力を供給しています。彼らのウェブサイトによれば、これらの電池は防衛目的にも適しているとのことです。誰かの紅茶に誤って落ちる可能性があるからだと思います。
大局的に見ると、基本的なアイデアは半世紀以上前からあるのに、この技術が今になって開発されているのは興味深いことです。これは、私たちが目にしている全体的な原子力ルネサンスの兆候だと思います。自律的な原子力で動く空飛ぶ車に座ってYouTubeを見る日も、そう遠くないでしょう。
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