この記事で分かること

レアアースの代替技術：プロメシウム

　2026年上半期（1〜6月）における日本のレアアース（希土類）輸入量は、中国による対日輸出規制導入前（2024年同期）の約2割にまで大きく落ち込んでいることが判明しました。

　EV（電気自動車）の駆動用モーターや半導体製造装置・材料に不可欠なレアアースの調達急減に対し、ベトナムや米国など中国以外からの代替調達や内製化が進んでおらず、サプライチェーンへの強い懸念が広まっています。

　第三国ルートの本格化など調達先の多角化を進めてるとともに、代替技術の実用化が強く望まれています。

　前回はアルミニウム合金添加剤でのプラセオジムフリー化添加に関する記事でしたが、今回はプロメシウムに関する記事となります。

プロメシウムの用途は何か

　レアアース（希土類元素）の一つであるプロメシウム（Promethium、元素記号: Pm、原子番号: 61）は、すべての同位体が放射性を持つという非常に珍しい特徴を持っています。天然には地球上にほとんど存在しないため、主に原子炉の核分裂生成物などから人工的に得られます。

　そのため一般的なレアアース（ネオジムやジスプロシウムなど）のように大量生産されて磁石などに使われることはありませんが、その放射線の性質を利用した特殊な用途で使用されてきました。

1. 原子力電池（ベータボルタイック電池）

　プロメシウムの同位体であるプロメシウム-147は、ベータ線（電子の放射線）を放出して崩壊します。この放射線エネルギーを半導体などを使って電力に変換する小型の原子力電池（ベータボルタイック電池）の電源として研究・利用されてきました。

　非常に小型化できるため、かつては心臓ペースメーカーや宇宙機器、特殊な軍事用機器の電源としての応用が模索されました。

2. 夜光塗料・自発光光源

　プロメシウム-147が発するベータ線を蛍光体（銅をドープした硫化亜鉛など）に当てて発光させることで、自発光する夜光塗料として使われていました。電気が届かない場所の計器類の文字盤や、特殊な標識などに利用された歴史があります。

3. 産業用の厚さ計・センサー（β線源）

　プロメシウムから放出されるベータ線の透過量が、物質の厚さや密度によって変わる性質を利用しています。

　紙、プラスチックフィルム、金属箔などの製造ラインにおいて、非破壊で正確な厚さを測るための工業用センサー（厚さ計）の線源として用いられてきました。

4. 科学研究

　ランタノイド（希土類）元素の化学的性質の解明や、原子核物理学・核分裂のメカニズムを調べるための研究用サンプルとしても使用されています。

現在の状況

プ　ロメシウムは強い放射性を持つことや半減期（プロメシウム-147は約2.6年）の制約があるため、現在では多くの分野でより安全な他の放射性同位体や、LED・レーザー・光学式センサーなどの非放射性・電気的な代替技術への移行が進んでいます。

　そのため、現在の主な用途は高度に特殊化されたニッチな技術や科学研究が中心となっています。

原子力電池でのプロメシウムの役割は何か

原子力電池とは

　原子力電池（アイソトープ電池）とは、放射性物質が自然に崩壊（放射線を放出）する際に発生するエネルギーを利用して、継続的に電力を生み出す発電装置です。

　一般的な原子力発電所のような核分裂の連鎖反応（ウランなどを使った臨界状態）を起こすわけではなく、放射性同位体の自然な崩壊熱や放射線そのものを利用します。

　構造がシンプルで可動部がなく、数年から数十年にわたって長期間メンテナンスフリーで電力を供給できるため、宇宙探査機や心臓ペースメーカー（過去）、特殊な軍事機器などに用いられてきました。

プロメシウムの役割

　プロメシウム（特に同位体のプロメシウム-147）は、原子力電池の中でも「ベータボルタイック電池」と呼ばれるタイプの心臓部（放射線源）として機能します。

• ベータ線の放出: プロメシウム-147は崩壊する際に高速の電子（ベータ線）を放出します。
• 電力への変換: 放出されたベータ線が半導体（シリコンなどのp-n接合）に衝突すると、電子と正孔のペアが生じ、これが電流として取り出されます。

　プロメシウムは「電気を発生させるための放射線（ベータ線）を安定して供給し続ける燃料源」の役割を果たします。

　プロメシウム-147は約2.6年の半減期を持ち、小型かつ一定の電力を長期間供給できる電源として研究・利用されてきました。

原子力電池でのプロメシウムフリー化の方法は

　原子力電池（ベータボルタイック電池など）のプロメシウムフリー化（脱プロメシウム）は、プロメシウム-147の短い半減期（約2.6年）や管理の課題を解消し、より安全・長寿命な電源を実現するために進められてきました。

　主な代替・フリー化の方法としては、放射線源として別の安全な放射性同位体（アイソトープ）へ切り替える手法がとられます。

主な代替アイソトープ

トリチウム（水素-3 / 3H）

• 特徴: 水素の放射性同位体で、放出するベータ線が非常に弱く、紙一枚や人間の皮膚でも遮蔽できるほど安全性が高いのが特徴です。
• 用途:半導体と組み合わせたマイクロ原子力電池（ナノトリチウム電池など）として、医療用インプラントや遠隔センサーの電源に広く活用されています。

ニッケル-63（63Ni）

• 特徴:半減期が約100年と非常に長く、安定したベータ線を長期間供給できます。
• 用途:ダイヤモンド半導体などとサンドイッチ構造にすることで、数十年単位のメンテナンスフリー駆動を実現する次世代の超小型原子力電池として研究・開発されています。

炭素-14（14C）

• 特徴:炭素を用いた長寿命なベータ線源で、近年では放射性廃棄物を再利用した「ダイヤモンド電池」などの研究が進められています。