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原子蒸気レーザー同位体分離（AVLIS ）は、超微細遷移の選択的イオン化を利用して、特別に調整されたレーザーを使用してウランの同位体を分離する方法です。 [ 1 ] [ 2 ]原子の代わりに分子を使用する同様の技術は、分子レーザー同位体分離（MLIS）です。
天然ウランは、大量のウラン238と、それよりはるかに少量の核分裂性ウラン235から構成されています。従来、ウラン235は、ウランを酸に溶解して六フッ化ウランを生成し、その後ガス遠心分離機を用いて同位体を分離することで、ウランから分離されていました。遠心分離機を通すたびにウラン235の量は「濃縮」され、劣化ウランが残ります。これに対し、AVLISは、酸と混合する必要なく、1回の工程ではるかに高い濃縮度を実現します。この技術は、原理的には他の元素の同位体分離にも使用できますが、現在の非レーザーベースの技術では、ほとんどの元素において、専門的な用途以外では経済的に実現が困難です。
このプロセスは濃縮前に原料を化学処理する必要がないため、軽水炉の使用済み核燃料やその他の核廃棄物にも適しています。現在、235の抽出はこれらの供給源からのウランは一定の範囲までしか経済的ではなく、大量の235が残る。廃棄物中にウランがまだ含まれている。AVLISは、既存の方法で1回の再処理サイクルを経た燃料でさえも再処理する経済的な方法を提供する可能性がある。[ 3 ]
AVLISは、従来の遠心分離式ウラン濃縮法に比べてはるかに低いエネルギー消費量で、はるかに高い濃縮度を達成できる可能性があるため、核拡散の懸念材料となっている。現在までに、商業規模のAVLIS生産ラインが稼働しているという報告はない。
AVLISシステムの基本概念は、気化した原料中の目的の原子を選択的にイオン化することです。電子のエネルギー準位は原子核構造の影響を受け、超微細構造が生じるため、同位体によってエネルギー準位が異なります。設計者は、同位体間のエネルギー差が最大となり、かつレーザーで実際に生成可能な特定の電子エネルギーを選択します。レーザー光によって選択された電子が光励起され、原子がイオン化されて帯電します。その後、イオンは静電場または磁場によって操作できます。エネルギー準位がわずかに異なる他の同位体はイオン化されず、元の混合物中に残ります。
AVLISの開発過程では、新しいレーザー技術の開発に伴い、ターゲット電子の選択も変化してきた。初期の研究では、一般的に16マイクロメートル帯の電子に焦点が当てられていた。これは、1960年代後半に登場したCO2レーザーを用いて効率的に生成することができた。しかし、この領域の遷移は間隔が狭く、ドップラー広がりによって選択が困難であったため、複雑な膨張システムを用いて蒸気を冷却する必要があった。波長可変レーザー（通常は色素レーザー）の導入により、より扱いやすい励起を選択できるようになった。現代のシステムでは、通常、238Uの502.74ナノメートルの吸収ピークが使用され、これは235U では502.73ナノメートルにシフトする。
AVLISシステムは、分離システムを構成する気化器と収集器、およびレーザーシステムから構成される。気化器は、純粋な気体状ウランの流れを生成する。
一般的に使用されるレーザーは、通常銅蒸気レーザーで励起される2段可変パルス色素レーザーです。[ 4 ] [ 5 ]マスター発振器は可変で、線幅が狭く、ノイズが少なく、高精度です。[ 6 ]その出力は、光増幅器として機能する色素レーザー増幅器によって大幅に増加します。ウラン235の完全イオン化には、3つの周波数（「色」）のレーザーが使用されます。[ 7 ]
リチウムなどの他の元素のAVLISには、波長可変狭線幅ダイオードレーザーが使用される。[ 8 ]
米国政府史上最大の技術移転として、1994年にAVLISプロセスは商業化のため米国濃縮公社（USEC）に移管された。しかし、1億ドルの投資の後、1999年6月9日にUSECはAVLISプログラムを中止した。
AVLISは一部の国で開発が続けられており、国際的な監視に特有の課題をもたらしている。[ 9 ]イランは秘密のAVLISプログラムを持っていたことが知られている。しかし、2003年にそれが発覚して以来、イランはそれを解体したと主張している。[ 10 ] [ 11 ]
AVLISの歴史は、査読付き公開文献に記録されているように、1970年代前半から中頃にかけて旧ソ連と米国で始まった。[ 12 ] 米国では、AVLISの研究は主にローレンス・リバモア国立研究所で行われたが、一部の産業研究所も初期から関わっていた。 ウランに適用可能なAVLIS用の波長可変レーザーの開発は、パキスタン（1974年）、オーストラリア（1982～1984年）、フランス（1984年）、インド（1994年）、日本（1996年）など、いくつかの国からも報告されている。[ 12 ]
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