原子力電池

2014-08-09T10:53:07Z

124.38.119.146: 医療

'''原子力電池'''（げんしりょくでんち）は、[[半減期]]の長い[[放射性同位体]]が出す[[放射線]]のエネルギーを[[電気|電気エネルギー]]に変える仕組みの[[電池]]である<ref name="大辞泉">デジタル大辞泉</ref>。'''放射線電池'''、'''RI電池'''、'''ラジオアイソトープ電池'''、'''アイソトープ電池'''([[:en:Radioisotope thermoelectric generator|en]])<ref name="大辞泉"/>、または'''ラジオアイソトープ発電器'''、'''RI発電器'''とも呼ばれる。

==概説==
[[放射性同位体|放射性元素]]の[[放射性崩壊|原子核崩壊]]の際に発生するエネルギーを利用して電力を発生させる。[[α崩壊]]を起こす[[プルトニウム238]]や[[ポロニウム210]]などが用いられる<ref name="大辞泉"/>。[[ストロンチウム90]]のように長い半減期をもつ[[同位体]]を用いることで寿命の長い電源が得られる<ref>『広辞苑』第五版「原子」内「原子力電池」</ref>。

電池としては寿命が長いため[[宇宙探査機]]の電源として搭載される。[[1960年代]]には[[心臓ペースメーカー]]の電源としても利用された<ref name="大辞泉"/>。

[[物理電池]]の一種に分類される。

==種類==
;[[放射性同位体熱電気転換器|熱電変換方式]]
:放射性核種の原子核崩壊の際に発生するエネルギーを熱として利用し、[[熱電変換素子]]により電力に変換する。実用される原子力電池には[[アルファ崩壊]]を起こす核種である[[プルトニウム238]]や[[ポロニウム210]]が用いられ、放射された[[アルファ線]]が物質に吸収されて生じた熱を利用している。
;熱イオン変換方式
:このタイプは実用化されていない。
;アルカリ金属熱変換方式
:[[ソビエト連邦|ソビエト]]の[[人工衛星]]に搭載され、[[ナトリウム]]が漏れる事故を起こしている。
;圧電式変換方式
:このタイプは実用化されていない。
;光電変換方式
:放射性同位体によって励起された[[蛍光体]]から発せられる光を光電変換素子（[[太陽電池]]）によって電気に変換する。

==適用分野==
===宇宙===
原子力電池を搭載する[[人工衛星]]は1960年代から使用されてきたが、[[原子炉]]を搭載する人工衛星と同様に打ち上げ失敗や墜落で[[放射性物質]]をまき散らすリスクがあるため、現在では、十分な[[太陽光エネルギー]]が得られる地球軌道周辺では太陽電池を使うのが一般的である。

[[宇宙探査機]]については[[小惑星帯]]までは太陽光放射量も十分なため、小惑星帯よりも内側でのみ活動する探査機の電源には太陽電池が使われてきた。一方でそれよりも外側で活動する探査機の場合は、太陽からの光が弱い上に目標到達に長い時間（打ち上げから木星到達までには、軌道や位置関係にもよるが最低1年以上）がかかるので、原子力電池以外の選択肢は事実上存在しなかった。しかし[[2011年]]現在では太陽電池の性能向上により、少なくとも[[木星]]軌道程度であれば原子力電池を太陽電池に置き換えることも可能となっている。

原子力電池は[[パイオニア計画|パイオニア10号・11号]]と[[ボイジャー計画|ボイジャー1号・2号]]の他、木星探査機[[ガリレオ (探査機)|ガリレオ]]や土星探査機[[カッシーニ (探査機)|カッシーニ]]などに使われた。[[2006年]]1月に打ち上げられた[[アメリカ航空宇宙局|NASA]]の[[冥王星]]探査機[[ニュー・ホライズンズ]]にも原子力電池が搭載されている。これらの外惑星探査機だけでなく、太陽探査機の[[ユリシーズ (探査機)|ユリシーズ]]も太陽の極軌道（地球などの公転面に対して垂直に近い軌道）に投入するためには木星を利用した[[スイングバイ]]を行う必要があったため、木星付近での活動に支障が無いように原子力電池を搭載した。

2011年に打ち上げられた木星探査機[[ジュノー (探査機)|ジュノー]]は、木星以遠を目指す探査機として初めて原子力電池を使用せず、代わりに大型の太陽電池を搭載した<ref>{{Cite news|url=http://www.sorae.jp/030803/4461.html|title=アトラスVロケット、木星探査機「[[ジュノー (探査機)|ジュノー]]」を打ち上げ|date=2011-08-06|accessdate=2011-08-25|publisher=sorae.jp}}</ref>。また、[[宇宙航空研究開発機構|JAXA]]が[[2018年]]の打ち上げを目指している木星圏[[トロヤ群]]探査（[[IKAROS]]の後継計画）でも、太陽電池による木星圏探査が構想されている。

原子力電池は寿命が長いため、打ち上げから30年以上経つ[[ボイジャー1号]]と[[ボイジャー2号]]は現在でも[[太陽圏]]の外へと向かっており、星間空間の探査・観測ミッションを続行している（[[パイオニア10号]]は[[2003年]]に、[[パイオニア11号]]は[[1995年]]に通信途絶）。

他に原子力電池を搭載した衛星は、火星探査機[[バイキング1号]]ランダーと[[バイキング2号]]ランダー、[[マーズ・サイエンス・ラボラトリー]]がある。[[月探査]]を行った[[アポロ12号]]から[[アポロ17号]]の月着陸船には、月面に設置してきたアポロ月面実験パッケージ (ALSEP)用の電源として[[放射性同位体熱電気転換器|RTG]]が搭載されていた（[[アポロ13号]]は月着陸に失敗して、月着陸船を[[地球の大気|地球大気]]圏に突入させてしまったため、搭載していたRTG（3.8kgのプルトニウム238を封入したSNAP-27）は南太平洋の[[トンガ海溝]]の水深約6,500mの海底に沈んだ。周辺からは放射線は検出されなかったためRTGは破損せずに沈んでいると考えられる）。
[[地球軌道]]を周回する人工衛星に搭載された例としては、[[1961年]]6月のTransit-4Aが初めての搭載例で、SNAP(Systems for Nuclear Auxiliary Power)-3Bを搭載した。その他、Transit-5BN1/2、[[ニンバス_(人工衛星)|気象衛星ニンバス B-1]]、LES-8号、LES-9号（LES-8,9は[[静止衛星]]）にも搭載された。

Transit-5BN1/2は、[[1964年]]4月21日に打上げられたが、軌道投入に失敗して[[マダガスカル]]の北側で大気圏に再突入してRTGも破壊され、大気圏上層に拡散した。数カ月後には放出されたプルトニウム238が検出された。ニンバス B-1は[[1968年]]5月21日の打上げ時に飛行軌跡から逸脱したため指令破壊されたが、搭載していたRTGは5ヶ月後に無事海底から回収された。このような初期の失敗を教訓に、現在の惑星探査機では打上げに失敗して大気圏に突入してもプルトニウムが放出しないような設計が行われている。

===僻地===
[[シベリア]]の[[北極海]]周辺ではかつて多数の原子力電池が使用された。その後、十分な管理がされないまま放置されている物がある<ref>{{Cite web
|author=[[宮崎信之]]
|year=1995
|url=http://cicplan.ori.u-tokyo.ac.jp/miyazaki/arctic.htm
|title=4.ホッキョクグマと原子力電池による危険
|work=北極海におけるワモンアザラシ生物調査と環境モニタリング調査 - フィールドノートから -
|publisher=[[東京大学]]
|accessdate=2008-11-14
}}</ref>。

===医療===
実験的にプルトニウム238を用いた原子力電池はその長寿命を生かして一時期埋め込み型心臓ペースメーカーの電源として利用された。この用途には現在、[[リチウム電池]]が用いられている。また、体内埋め込み利用を念頭に、[[ニッケル]]63をエネルギー源とし[[MEMS]]技術を利用した新世代のマイクロ原子力電池の開発が行われている<ref>{{Cite web
|author=[[三宅常之]]
|date=2006-06-29
|url=http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20060629/118697/
|title=【APCOT】MEMSによるマイクロ原子力電池，体内への埋め込み狙う
|work=Tech-On!
|publisher=[[日経BP社]]
|accessdate=2008-11-14
}}</ref>。但しプルトニウムを民需用に使うことに対することには、技術的かつ政治的制約があり、現実的な実用化の目処は付いていない。なおいずれの方式でも仮に体内埋め込み後に破損した場合[[内部被曝]]の危険、[[重金属中毒|重金属による中毒]]の危険なども考えられる。

==脚注==
<references />

==外部リンク==
*[http://www.space.com/13702-nuclear-generators-rtg-power-nasa-planetary-probes-infographic.html Nuclear Generators Power NASA Deep Space Probes (Infographic)]2011.11.21 Space.com
*[http://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator 英語版Wikipedia RTG] Radioisotope thermoelectric generator
*[http://en.wikipedia.org/wiki/Systems_for_Nuclear_Auxiliary_Power 英語版Wikipedia SNAP] Systems for Nuclear Auxiliary Power

{{核技術}}
{{放射線}}

{{DEFAULTSORT:けんしりよくてんち}}
[[Category:原子力]]
[[Category:電池]]
[[Category:宇宙機の構成要素]]

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