原子蒸气激光同位素分离

原子蒸气激光同位素分离法，也称AVLIS，为一种选择性电离元素（通常是铀）中特定质量的同位素，实现同位素分离的方法。其使用特殊工作波长的调谐激光，原理基于不同质量的同位素吸收光谱存在同位素位移。L. J. Radziemski, R. W. Solarz, and J. A. Paisner (Eds.), Laser Spectroscopy and its Applications  (Marcel Dekker, New York, 1987) Chapter 3.Petr A. Bokhan, Vladimir V. Buchanov, Nikolai V. Fateev, Mikhail M. Kalugin, Mishik A. Kazaryan, Alexander M. Prokhorov, Dmitrij E. Zakrevskii: Laser Isotope Separation in Atomic Vapor. Wiley-VCH, Berlin, August 2006,  

较之气体离心法，AVLIS能够实现更低的能耗与更高的分离效率。其分离过程也能减少传统法所带来的较大放射性废料排放量。

另一种与其类似的技术利用激光分离分子而非原子，被称为分子激光同位素分离工艺（MLIS）。
原理
由于它们的超精细结构差异，235U与238U的吸收光谱存在细微不同：238U的吸收峰位于502.74nm，而235U的吸收峰则移动至502.73nm。AVLIS过程使用可调谐染料激光，这种激光的中心发射波长能被准确调谐，使混合物中的235U吸收光子跃迁至激发态，产生光致游离并电离成离子。电离出的235U离子束被静电场偏置方向进入收集装置，而中性的238U则不受电场影响无碍通过。

一套完整的AVLIS系统由铀蒸发系统、激光系统与尾料收集器组成。铀蒸发系统通常由大功率条带式或扫描式电子束枪组成，打到混合物靶上的能量大于2.5 kW/cm，生成高纯度的气态铀元素。

激光激发 

通常情况下，AVLIS使用的激光器由两级组成：铜蒸气激光器（CVL）与可调脉冲染料激光器。前者的作用是染料激光器的泵浦光源。F. J. Duarte and L.W. Hillman (Eds.), Dye Laser Principles (Academic, New York, 1990) Chapter 9.C. E. Webb, High-power dye lasers pumped by copper vapor lasers, in High Power Dye Lasers, F. J. Duarte (Ed.) (Springer, Berlin, 1991) Chapter 5.铜蒸气激光器作为波长、模式可调谐的主振荡器提供窄线宽、低噪声与高波长稳定性的种子光源。 F. J. Duarte and J. A. Piper, Narrow linewidth high prf copper laser-pumped dye-laser oscillators, Appl. Opt. 23, 1391-1394 (1984). 它的输出功率被作为光放大器的染料激光器放大，并最终照射至铀蒸汽样品上。需要指出的是在AVLIS过程中235U原子并非被直接电离，而是吸收一个小于电离能的光子到达激发态，再吸收第二、第三个光子的能量完成电离的逐级电离过程。因此AVLIS的激光装置需三个不同波长的激光照射铀蒸气以完成三光子电离。

分离其它元素的原子蒸气激光同位素（如对锂的同位素分离）通常采用窄线宽的可调谐半导体激光器。I. E. Olivares, A. E. Duarte, E. A. Saravia, and F. J. Duarte, Lithium isotope separation with tunable diode lasers, Appl. Opt. 41, 2973-2977 (2002).

商业化与国际意义

在1994年，在美国政府史上规模最大的联邦技术转移过程中，AVLIS流程被转让至美国浓缩公司（United States Enrichment Corporation）并实现商业化。但在投资了一亿美元资金后，美国浓缩公司在1996年6月9日取消了AVLIS技术的生产计划。

当前某些国家仍然在持续研究推进AVLIS技术与配套工艺，并使国际社会对核技术监管提出了挑战。 根据目前的公开资料显示，伊朗曾经秘密开展过AVLIS技术的研究计划。但在2003年被曝光后，伊朗政府声称该计划所涉及的实验设施已被拆除。

工艺简史

公开文献来源显示，AVLIS技术最早于1970年代初分别被前苏联与美国同时发明。在美国，尽管有数个国家实验室参与了AVLIS的早期研究，其主要研究工作实由劳伦斯利弗莫尔国家实验室负责进行。包括澳大利亚（1982-1984）、法国（1984）、印度（1994）与日本（1996）等国家的学术界也陆续发表了可用于AVLIS浓缩铀的可调谐激光器研究。

参见

美国原子能委员会
电磁型同位素分离器
原子谱线
气体扩散法
激光
核燃料循环
核能

参考资料

外部链接
 USEC News Release Cancelling AVLIS
Report on Iranian AVLIS program 
Oxford Research Group report on Iran's nuclear activities.
Laser isotope separation uranium enrichment
Overview of Uranium Atomic Vapor Laser Isotope Separation  R.M. Feinburg and R.S. Hargrove.  UCRL-ID-114671 August 1993.
Laser Isotope Separation page at LLNL

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