アメリシウム：人類の宇宙征服を変える可能性のある元素

(ダン・トリ) - 約半世紀前、2機のボイジャー宇宙船が太陽系の未開の地を探索するという使命を帯びて地球を出発しました。

太陽パネルがずっと前に壊れ、サブシステムがすべて一つずつシャットダウンされているにもかかわらず、星間空間の端に立っている今日でも、彼らはまだ弱いが貴重な信号を送り返している。

この驚くべき生存は、魔法やSFから生まれたものではなく、ゴミ箱ほどの大きさの物体、プルトニウム238の崩壊から得られるエネルギーを利用する放射性同位体熱電発電機（RTG）から生まれたものである。

シンプルな機構で、可動部品がなく、経年劣化による故障もなく、何十年にもわたって電力を維持するのに十分なこの電力は、ボイジャーを歴史に刻み、何十年にもわたって宇宙電力のゴールドスタンダードを確立したのです。

しかし、プルトニウム238は無限の資源ではありません。NASAは現在、この限られた生産量にほぼ完全に依存しており、一方で深宇宙探査の需要は増加しています。

これにより、プルトニウムに代わる、あるいは少なくともプルトニウムを補完できる新たな燃料が緊急に必要となった。

恒星間ミッションの長期的なエネルギー問題への解決策

そして、最近話題になっているのがアメリシウムという物質です。これは、多くの家庭で毎日使われている煙探知機の中にひっそりと混入している合成元素です。

家庭用の煙探知器で人々の安全を守る役割しか知られていない元素が、今や人類の最大の野望の鍵となる可能性を秘めている（写真：アンドリュー・マギル）。

マンハッタン計画の一環として1944年に初めて生成されたアメリシウム241は、半減期が432年である同位体です。これはプルトニウム238の5倍の長さであり、数十年ではなく数世紀、あるいはそれ以上の長期にわたるミッションに最適な候補です。

特に、アメリシウム241はゼロから製造する必要はありません。プルトニウム241が崩壊する際に核廃棄物中に自然に生成されます。つまり、英国をはじめとする多くの国に保管されている数トンの核廃棄物の中には、宇宙産業にとって長期的なエネルギー源として活用されるのを待っているものがあるのです。

欧州はRTGアメリシウムで宇宙エネルギーの自立への道を切り開く

より広い視点から見ると、アメリシウムにはいくつかの戦略的利点があります。ヨーロッパは長年にわたり米国とロシアからのプルトニウムに依存しており、深宇宙探査計画に大きな制約を課してきました。

アメリシウムがあれば、大陸はエネルギーの完全自給自足を実現し、独立したサプライチェーンを構築し、 地政学的リスクを軽減できる可能性があります。過去10年間、レスター大学は欧州宇宙機関（ESA）および英国宇宙機関（UK SAE）と共同で、アメリシウムRTG（放射性同位元素熱電発電機）の試験を継続的に実施しており、今後数年以内にアメリシウムを初めて宇宙に打ち上げることを目指しています。

もちろん、アメリシウムは完璧ではない。アメリシウム 241 はプルトニウム 238 の約 5 分の 1 の熱しか発生しないため、同じ量のエネルギーを生成するには RTG をより大きく重いものにする必要がある。

これは、1 キログラムごとにコストと操作性が決まる航空宇宙設計における大きな課題です。

しかし、アメリシウムは、星間探査機、氷衛星上の地質観測所、あるいは人間の介入なしに何百年も宇宙を漂​​うことが予想される装置など、低電力で超長寿命のミッションに使用される場合にその優位性を発揮します。

将来、宇宙船が地球を離れ、無限の暗闇へと旅立つとき、アメリシウムは、宇宙船を打ち上げた世代が存在しなくなった後でも、生命の兆候を送り続けるのに役立つ可能性が高い（写真：Livescience）。

もう一つの有望なアプローチは、アメリシウムとスターリングエンジン技術を組み合わせることです。この技術では、従来の熱電システムの5％よりもはるかに高い、最大25％の効率で熱を電気に変換できます。

成功すれば、アメリシウムベースのスターリングRTGは、燃料量を大幅に増やすことなく十分な電力を生成できる可能性があります。スターリングエンジンは可動部品を備えているため、信頼性に関する懸念が提起されていますが、冗長性を確保するために複数のコンバーターで動作するシステムを設計することで、この問題を解決できる可能性が開かれています。

試験はまだ継続中であり、初期の結果は良好であると考えられている。

何世紀にもわたるミッションの鍵

プルトニウムと並べてみると、この二つの燃料はまるで異なる哲学を持っているかのようです。プルトニウムは強力でコンパクト、そして高エネルギーを放出するため、高出力ミッションに適しています。一方、アメリシウムは耐久性が高く、寿命が長いため、時間が極めて重要なミッションに適しています。

両方の同位体が並んで存在し、異なる目的を果たしながらも、共に人類をさらなる地平へと導く未来を想像することは難しくありません。

現在、NASAは、人類がこれまでに到達した限界を超えて、地球から1500億キロメートルまで行くことを目標とした、星間探査機と呼ばれる大胆なミッションを提案しています。

探査機が何世紀にもわたって生き残り、データを地球に送り続けるためには、アメリシウムは寿命要件を満たすほぼ唯一の現実的な選択肢です。より広い観点から見ると、アメリシウムは宇宙探査だけでなく、深海探査、極地の気候研究、あるいは遠隔地への安定した電力供給にも役立つ可能性があります。

ボイジャー1号宇宙船（写真：NASA）。

出力と設計の最適化という課題にもかかわらず、アメリシウムが新たな時代の象徴となりつつあることは明らかです。この時代は、かつてプルトニウムが示した爆発力ではなく、耐久性、安定性、そして長期にわたる運用能力によって定義されます。

あらゆる技術に限界がある、寒くて広大な宇宙では、宇宙船の生存を真に決定するのは耐久性の要素です。

宇宙探査の未来は、おそらくロケットの大きさではなく、星間空間を縦横に移動する宇宙船内部で静かに熱を放射している核燃料の種類によって決まるだろう。

穏やかでありながら永遠の力を持つアメリシウムは、その役割を担う準備ができています。

出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/americium-nguyen-to-co-the-thay-doi-cach-loai-nguoi-chinh-phuc-khong-giant-20251125154617659.htm