エネルギー
革命的バッテリーが核廃棄物を長寿命電力に変換
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原子を分割する多様な方法
Nuclear power is often associated with massive power plants, giant cooling towers, and the fear of nuclear meltdown. This is progressively changing thanks to the emergence of SMR（小型モジュラー原子炉） and 第4世代原子力発電所 (両方の詳細な投資レポートはリンクをご参照ください).
従来型と新型の原子力発電所は、核エネルギーで水を加熱して蒸気にし、その蒸気でタービンを回して電力を生成するという同じ概念に依存しています。
核反応の熱を利用する別の方法として、放射性同位体熱電発電機（RTG）があります。これは通常プルトニウムを燃料とし、深宇宙ミッションで使用されます。
しかし、核エネルギーを活用する他の方法もあります。その一つがベータボルタイックバッテリーで、ベータ放射線を利用して半導体吸収体内で原子核から電子を分離し、直接電流を生成します。
現在、オハイオ州立大学とトレド大学（米国）の研究者らが、核反応から電力を生成する新しい概念を開発しました。放射線を光に変換し、その光を太陽電池で電力に変える、いわゆるラジオボルタイクス（radiovoltaics）というプロセスです。
彼らはその結果を1『Optical Materials』に掲載し、タイトルは“Scintillator based nuclear photovoltaic batteries for power generation at microwatts level”です。
核エネルギーの活用
放射性原子が分裂すると、同時にいくつかのことが起こります。元の原子は分裂し、中性子やアルファ・ベータ粒子の形でその構成要素の一部を放出します。具体的な反応は使用される放射性元素によって異なります。
出典: Britannica
適切な条件下でこれを利用すると連鎖反応を起こすことができ、原子力発電所におけるウランの出力を大幅に増加させます。
別の可能性として、特定の元素のいくつかの同位体が時間とともに自然に崩壊することがあります。核燃料中のウラン原子が崩壊すると、新しい元素に変わり、複雑な新元素の混合物が生成され、その多くは高度に放射性です。
これは、これらの新元素がはるかに頻繁に自然崩壊し、1秒あたり大量のエネルギーを放出することを意味します。
核廃棄物のリサイクル
原子炉で生成された新しい元素は、従来の原子炉では追加の電力を生成できないため、一般に核廃棄物と呼ばれます。その高い自然放射能は問題でもあり、何世紀あるいは何千年もの間、非常に有毒です。
この問題への対処法の一つは、核廃棄物をガラス化（ビトリファイ）し、埋設することで、今後1万年以内に誰にも害を及ぼさないようにすることです。
別の選択肢は、これらの廃棄物の一部を高速増殖炉（ファストリアクター）やブリーダー炉、バーナー炉と呼ばれる特殊な原子炉で再利用することです。
このような原子炉はフランスで1970年代から1990年代にかけて稼働していました。現代の高速増殖炉の例として、設計はされたものの未建設のPRISM by GE-Hitachiがあります。
別の選択肢は、これらの元素が自然に放出する高エネルギーを利用し、特殊な原子炉を必要とせずに電力に変換することです。
放射線を光と電力に変換する
適切なシンチレータの選定
高度に放射性の元素が放出するガンマ線は、非常に強力で電力生成に使用できる半導体材料を損傷しやすいため、直接電気に変換することが困難です。
したがって、1950年代からこの概念は検証されてきましたが、変換効率は極めて低く、0.4％から4.5％の範囲であり、システムの耐久性にも課題があります。
出典: Optical Material
オハイオの研究者が変更した点は、放射線にさらされると光を放出するシンチレータを使用することです。これには、すべての要件を満たす最適なシンチレータ材料を見つけるために多大な努力が必要でした。その要件は以下の通りです:
- 放射線を強力に吸収し、変換効率を高めると同時に太陽電池を保護すること。
- 放出される光は、太陽電池の吸収特性に合致した適切な波長である必要がある。
- 時間経過による損傷に耐え、光生成を一定に保つこと。
- 放射線を吸収できる十分な厚さがありながら、放出された光を過度に吸収しないほど薄く透明であること。
最終的に彼らが選んだのは、セリウムドープされたガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット高光出力（GAGG:Ce-HL – Gd3Al2Ga3O12）でした。
出典: Optical Material
放射線から電力を生成する
選択された太陽電池は、金とインジウム接点を使用した薄膜多結晶CdTeです。この選択の主な理由は、シリコン系太陽電池に比べて放射線に対する耐性が高く、最大3 MGy（メガグレイ）まで耐えられる点です。
出典: Optical Material
概念を検証するため、研究者はベンチトップ放射装置で生成されたセシウム137とコバルト60の放射線を使用しました。
出典: Optical Material
実験テストの驚くべき発見は、シンチレータとして使用された結晶の形状とサイズがプロセスの効率に大きく影響することでした。
全体として、体積が大きいほど放射線をより多く捕捉し、エネルギーを光に変換しやすくなります。
出典: Optical Material
プロトタイプは非常に小型（体積4立方センチメートル）であるにもかかわらず、放射線線量率10 kRad/h（コバルト使用）下で最大1.5 μWの電力が得られました。
“これらは出力に関して画期的な結果です。この二段階プロセスはまだ初期段階ですが、次のステップはスケールアップ構造でより大きなワット数を生成することです。”
応用
この種のバッテリーは理論上、メンテナンスや介入なしで永遠に稼働し続けることが可能です。実際には、太陽電池の寿命と同程度であり、システムの残りの部分はさらに数十年にわたり介入なしで動作し続けると考えられます。
これはまだ実験段階のシステムであり、活性同位体が大量に生産されていないため、近い将来にスマートフォンに電力を供給することは考えにくいです。
しかしながら、人間の介入が最小限であることが望ましい、あるいは不可能な環境でのセンサーや機器の電源として利用できる可能性があります。例えば、深宇宙施設、海中、または原子炉内などです。
おそらく、実用化までには少なくともさらに5年はかかり、技術のより一般的な応用が広がるまでにはさらに数年必要でしょう。
“この技術をスケールアップするには、バッテリーを確実に製造できない限りコストがかかります。バッテリーの有用性と制限、特に安全に実装された場合の寿命を評価するために、さらなる研究が必要です”
また、核「廃棄物」の認識も根本的に変わります。原子炉の不運な副産物であったものが、重要な機能における高度なセンサーや電子機器の非常に価値ある電源になる可能性があります。
もちろん、核廃棄物を電源にリサイクルすることで、核廃棄物処理の根本的な問題が解決されます。
“核バッテリーの概念は非常に有望です。まだ改善の余地は多くありますが、将来的にはこのアプローチがエネルギー生産とセンサー産業の両方で重要な位置を占めると信じています。”
核企業
Cameco – Westinghouse Electric Company
CCJ 価格チャート
2022年、Camecoは取得の決定を下しました 49% の支配権をWestinghouse（米国の主要な原子力発電所建設企業）で取得しました、巨大投資会社Brookfield（51%の支配権）と共同で行いました。
同社は、190億ドル規模のBrookfield Renewable Partners (BEP.UN.TO ) (BEPC ) （(BEP )）という大規模な再生可能/低炭素発電部門を有しています。Brookfield Corporation (BN ) 全体は、約1兆ドルの資産を運用する大手資産運用会社です。
これは、Westinghouseが非常に深い資本プールにアクセスできるようになることを意味し、これは新規プロジェクトが収益化までに数年の投資を要するため、原子炉建設業者にとってしばしば課題となります。
収益化までに時間はかかりますが、建設が始まると、新しい原子炉は設計・エンジニアリング調査開始から6th年目以降にWestinghouseに収益をもたらし、10年以上にわたる建設期間全体で収益を生み出し続けます。
出典: Cameco
Westinghouseの主力は、実績のあるAP1000原子炉設計（稼働中6基、建設中6基）で、世界で最も一般的な同社のCANDU標準を使用しています。
また、AP300小型モジュラー原子炉の開発にも取り組んでおり、スロバキア、フィンランド、スウェーデンでの導入が見込まれ、さらにマイクロリアクター e-Vinciも開発中です。これにより、同社の継続的なイノベーションと業界の最新トレンドへの対応が示されています。
出典: Westinghouse
Westinghouseは核サプライチェーンの大部分で重要な役割を果たしています。厳格な規制により、従来型でもSMRでも新しい発電所にはこのような部品や装置が必要となります。
全体として、ウラン供給問題が解決しウラン価格が下落したとしても、Westinghouseの所有権によりCamecoは少なくとも数十年にわたる核再興の恩恵を受けられるはずです。
Camecoの残りの事業はウラン採掘であり、核エネルギーの再興からも利益を得る可能性があります。主な採掘資産はカナダとカザフスタンにあります。
歴史的に、ウランや原子炉企業は核災害の恐怖や核廃棄物への懸念に苦しんできました。新しく安全な設計が成熟し、核廃棄物が問題ではなく価値ある資源になるにつれ、これらの問題は解消されるはずです。
さらに、再生可能エネルギーがまだ間欠的な発電問題（特に冬季）を完全に解決できていない中、低炭素電源への推進は核エネルギーの強力な復活を後押しするでしょう。
Camecoの最新情報
研究参考:
1. Ibrahim Oksuz, Sabin Neupane, Yanfa Yan, Lei R. Cao. (2025). Optical Material. 第25巻、2025年2月、100401 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590147825000038#abs0010
