DARPAが原子力発電を「単三電池」サイズで実現する
How DARPA plans to get nuclear power in the size of a ‘AA battery’
DARPAの「Rads to Watts」プログラムで、無充電で数年から数十年も持続する新しいタイプの小型電源セルを開発するため7つのチームが競い合っている
Breaking Defense
2026年7月29日 午前8:00
https://breakingdefense.com/2026/07/how-darpa-plans-to-get-nuclear-power-in-the-size-of-aa-battery/
ワシントン発 — DARPAのプログラムマネージャーであるタビサ・ドッドソンによると、可搬型原子力発電を実現する上での最大の障壁は、熱と重量に集約できるという。
「核分裂であれ放射性同位体であれ、核反応の内部に膨大なエナジーが存在する」と、ドッドソンは本誌に語った。「[しかし] 核分裂システムもRTG（放射性同位体熱発電機 [radioisotope thermal generators] ）システムも、熱管理のため重くて運搬不可能なハードウェアが多数存在します。熱管理という部分が、可搬型原子力発電の夢をいつも阻む要因となっているのです。」
この障壁を乗り越える手段として、DARPAは「Rads to Watts」プログラムとして、7つの競合チームに資金を提供し、放射光起電力技術 radiovoltaics.に関する様々なアプローチの改良を進めている。数百万ドル規模のこのプログラム（具体的な金額は非公開）の目的は、宇宙衛星から戦術用無線機、ペースメーカーに至るまであらゆる機器を駆動できる新型小型電源セルを開発することだ。この電源セルは、従来の電源システムが凍結したり焼損するような過酷な環境下でも、充電なしで数年から数十年もの間動作し続けるほど頑丈でなければならない。
「単三電池を寿命30年に置き換えていくつもりだ」と、Rads to Wattsの委託業者であるProject Omegaの創業者兼CEO、スタッフ・シーハンは語った。同氏は本誌に対し、大型版は前線基地のディーゼル発電機に取って代わる可能性があり、最小のものはコンピュータチップで内蔵バッテリーとして機能すると述べた。
放射電力源がこれほどコンパクトにできるのは、原子力発電と別の原理でエナジーを生成するためだ。ドッドソンは、原子炉やボイジャーのような宇宙探査機で使用されるRTG（放射性同位体熱発電機）は、発電中に高温になるため、自身を損傷させないよう大掛かりな冷却システムが必要だと説明した。対照的に、放射線発電は、放射線を熱に変換することなく、放射線を直接電気に変換する。代わりに、半導体内で放射性粒子を捕捉し、それによって電子を励起させて利用可能な電流を生み出す。これは、太陽光発電装置であるソーラーパネルが太陽光からの光子を捕捉するプロセスと同じである。
このような高エナジー利用で難しい点は、特に至近距離で長時間被ばくした場合、電子システムが深刻な損傷を受ける可能性があることだ。ある種の粒子が提供するエナジーが大きければ大きいほど、それを囲む電源セルを急速に破壊する可能性があり、これでは本末転倒となる。
「エナジーが強すぎると、半導体を破壊してしまいます」と、本プログラムに参加する別企業City Labsの共同創業者兼CEO、ピート・カバウイは述べている。「これは単なる物理法則です。……10億個のピンポン玉が壁にぶつかったら、すべて跳ね返ります。しかし、もしピンポン玉が砲弾なら、壁は破壊されてしまう。」
歴史的に、この問題により、発明者たちは弱い粒子を自発光式非常口標識のような低エナジー用途で使用することに限定されてきた。
「Rads to Watts」は、この問題を解決し、高出力で長寿命のデバイスを生み出すことを目指している。そのために、参加チームは多岐にわたるアプローチを採用していると、ドッドソンは述べた。「このプログラムには7つの有力な参加チームがあり、それぞれ別のアイデアを持っています」と彼女は語った。
シティ・ラボのカバウイのチームは、その中でもより保守的な立場にあり、ある種のベータ粒子を放出する「トリチウム」と呼ばれる、比較的穏やかな放射線源を使用している。しかし、コンテストで要求される出力を達成するために、チームはより小さな体積に多くのトリチウムを詰め込もうとしており、この課題には高度な工学と化学の知識が必要とされている。
カバウイによると、シティ・ラボがトリチウムにこだわるのは、高エナジーの放射線源を試みた研究者たちが装置を焼損させてきた長く不幸な歴史があるためだ。「米国の特許データベースには放射線発電に関するアイデアが散見される」と彼は述べた。
一方、他のチームはすべて、強力な放射線源を使用している。彼らは、より高いエナジーに耐えられる新種類の半導体を設計するために、材料科学の進歩に期待を寄せている。
「実際に高強度の放射線に耐えられる半導体材料を見出さなければならない」と、海軍向け原子炉を製造するBWXT社の技術責任者ジャスティン・カスパーは語った。「その素子に放射線を浴びせ続け、十分な電力を発電したい。」
BWXTは、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所と提携し、放射線源としてアルファ粒子を使用している。アルファ粒子はベータ粒子よりも大きく、衝突エナジーも強いため、BWXTとジョンズ・ホプキンス大学のチームは、より耐性の高い新しい半導体材料を幅広く模索している。
「可能性のある組み合わせは数十億通りもある」とカスパーは説明し、そのためAIで各種結晶構造をシミュレーションし、物理試験に最適な候補を選定している。
アバランチ・エナジーも放射線源にアルファ粒子を使用するが、アプローチは異なる。「これは2段階のプロセスだ」と、主任物理学者のダニエル・ベラスケスはインタビューで説明した。同社は、アルファ粒子を直接吸収できるよう半導体を強化する代わりに、「液体金属の吸収層」で半導体を保護すると、同氏は本誌に語った。アルファ粒子が金属に衝突すると、極めて集中したエナジーがはるかに扱いやすい電子に変換され、半導体がそれを電力に変換する。
メリーランド州のモーガン州立大学が主導し、シーハンの「プロジェクト・オメガ」と提携している別のチームは、両方の長所を兼ね備えた手法を模索している。シティ・ラボズと同様に、このチームもベータ粒子を使用するが、トリチウムではなくストロンチウム90から放出される、より高エナジーのベータ粒子である。BWXT-ジョンズ・ホプキンス大学のチームと同様、このチームも高エナジーの放射線源に耐えられる新素材に依存している。このケースでは、ノースロップ・グラマン社が候補となる素材のAIシミュレーションを提供している。
ドッドソンによると、これら競合する放射線発電技術のすべてが、すでに1キログラムあたり少なくとも10ワット出力を実証しているという。これは従来の放射性同位体熱発電機（RTG）の2～3倍の効率だが、まだ始まりに過ぎないと彼女は述べた。
「1kgあたり10ワットをはるかに上回る10ワットから100ワットの間の出力を実現できると確信しています」。
各チームは、来年にかけて15ヶ月かけてプロトタイプの電源セルを完成させる予定だと、ドッドソンは述べた。その後、最優秀案は9ヶ月間の耐久試験に進み、内部の放射線や外部の環境的圧力の下で実際に耐えられるかどうかが検証される。その後に、少なくとも1つの候補を、軍による大規模展開へと移行できる状態にするのが目標だと、ドッドソンは述べた。■
