RTG、すなわち放射性同位体熱電気発電機は、放射性物質の自然な崩壊によって放出される熱から電力を生み出すエネルギー源である。可動部を使わず、固体の熱電変換素子によって温度差を電気に変えるため、長期間にわたってほとんど保守を必要とせずに動作できる。熱源となるのは放射性同位体で、最も一般的なのは宇宙機や一部の遠隔設備で使われるプルトニウムの一形態であり、その基本原理は放射性崩壊によるエネルギー放出である。

設計と主な構成要素

RTGは、放射性同位体の熱源と、熱電対として配置された熱電材料を組み合わせている。主な要素には次のものがある。

  • 燃料カプセル: 放射性同位体を収め、放射線遮蔽と構造保護を担う密閉容器。
  • 熱電対: 高温側の燃料と低温側の放熱先との温度差を電流へ変換する半導体または金属の接点。
  • 放熱器と断熱材: 装置が働くために必要な熱勾配を管理する部品。
  • 支持構造と安全層: 打ち上げ時の強い負荷に耐え、事故時の放射性同位体の放出を抑えるために設計されている。

歴史と発展

RTGは、電池や太陽電池が実用的でない状況で信頼できる電力を供給するため、20世紀半ばに開発された。初期の研究は熱電材料と封じ込め方法に重点を置いていた。数十年にわたり、実績を重ねた設計は成熟し、材料寿命と安全性が改善された。放射性同位体加熱ユニット（RHU）と呼ばれる小型版は、電気ではなく局所的な熱を供給し、RTGと併用されることが多い。

用途と事例

RTGは、深宇宙探査機、惑星着陸機、遠隔地の科学観測拠点で定番の電源となってきた。長寿命で保守の少ない電力が必要な場合や、日光が乏しい場所では特に適している。代表的な用途には、惑星間宇宙機や探査車、極地や北極圏の設備、そして連続した熱と電力を必要とする一部の遠隔無人システムが含まれる。

利点、限界、安全性

利点は、長い運用寿命、堅牢性、そして可動部がないことである。一方、限界としては電気への変換効率が比較的低いこと（通常、熱のうち電気になるのは数パーセントにすぎない）、適切な同位体の供給が限られること、そして放射線安全上の配慮が必要なことが挙げられる。設計では、製造、打ち上げ、運用の各段階で環境と健康へのリスクを最小限にするため、封じ込めと規制管理が重視される。こうした理由から、RTGの利用は慎重に規制され、通常は、利点が予防措置を正当化できる特殊な用途に限られている。