最近、中国の科学者たちが原子力電池に関する研究成果をネイチャー誌に公式発表しました。東呉大学（中国）の王樹澳教授の研究チームは、放射性同位体から放出されるアルファ線を利用して、このタイプの電池を開発しました。

現在、アルファ放射性同位体は、4～6メガ電子ボルト（MeV）という高い崩壊エネルギーを有することから、マイクロ核電池の有力な「候補」となっています。アルファ線の潜在エネルギーは、ベータ放射性同位体採掘装置のエネルギーをはるかに上回ります。一方、ベータ放射性同位体の崩壊エネルギーは最大でも数十キロ電子ボルト（KeV）程度です。

マイクロ核電池の効率は従来の電池の8,000倍ですが、固体への浸透が極めて短いため、アルファ粒子は自己吸収効果によって多くのエネルギーを失うため、依然として限界があります。研究チームリーダーのヴオン・トゥ・アオ教授は、「自己吸収効果により、アルファ放射性同位元素マイクロ核電池の実際の容量は理論値よりもはるかに低下します」と述べています。

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中国の科学者が開発したマイクロ核電池のイラスト。写真提供：SCMP

マイクロ核電池の設計には、太陽電池のように機能する層が組み込まれており、アルファ線を最大限に活用しています。研究チームは、同位体を囲むポリマー層であるエネルギー変換器を組み込み、放射線照射時に放出されるエネルギーを光と電気に変換することで、太陽電池のように機能させます。

この研究によると、合成放射性物質243Amをわずか11マイクロキュリー（μCi）使用するだけで、この複合体は同位体の崩壊過程で放出されるアルファ線から発光した。別の実験では、発光量は11.88ナノワット（nW）と測定され、崩壊過程のエネルギーを光に変換する効率は3.43%に達した。

研究チームによると、放射線を電気エネルギーに変換する光起電力核電池は長寿命で、温度変化の影響を受けずに動作する。具体的には、実験的なマイクロ核電池は総電力変換効率が0.889%で、139マイクロワット/キュリーの電力を発電する。

研究チームが開発したマイクロ核電池は、理論と多くの実験を通じて厳密に検証されており、そのエネルギー変換効率は従来の電池構造に比べて8,000倍も高いことが示されています。

同様に、電力変換器も非常に安定しており、200時間以上の連続運転においても性能パラメータはほぼ一定です。合成放射性物質の243Amの半減期を考慮すると、マイクロ核電池の寿命は最大数世紀にわたります。

バッテリー構造（写真1）、エネルギー変換特性（写真2）、理論・実験研究結果（写真3）、バッテリー性能結果（写真4）。写真提供：中国核医学・放射線安全重点研究室。

「これは、ここ数十年における原子力電池における大きな進歩の一つだ」と中国科学技術日報は評した。この研究は、中国の原子力発電に対する戦略的および安全上のニーズに対応するだけでなく、核燃料サイクル以外での核廃棄物やアクチニド核種の利用に対する新たなアプローチも提供する。

SCMP紙は次のように評価した。「一部の同位体は半減期が長く、アルファ崩壊のエネルギーも高いため、放射性廃棄物の毒性という形で現れる。しかし、これらの同位体は依然として長寿命と高エネルギーという利点をもたらす。」

王樹敖教授は、核廃棄物・廃水処理プロジェクト、そして事故緊急対応の研究において多大な成果を上げてきた中国の科学者です。長年にわたり、中国の持続可能かつ安全な原子力開発という戦略的ニーズに焦点を当ててきました。

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