اورانیوم
اورانیوم یکی از عنصرهای شیمیایی است که عدد اتمی آن ۹۲ و نشانه آن U است. اورانیوم شناخته شده ترین فلز پرتوزایی است، که یکی ازایزوتوپ های آن در تهیه سوخت در نیروگاه های اتمی استفاده میشود.اورانیوم فلزی نقره‌ای-خاکستری رنگ است که جزئی از خانواده آکتینیدها محسوب می‌شود. یک اتم اورانیوم دارای ۹۲ پروتون و ۹۲ الکترون است که شش مورد از این الکترون‌ها، به‌عنوان الکترون ظرفیت درنظر گرفته می‌شوند. چون ایزوتوپ‌های اورانیوم ناپایدار هستند، به‌طوری که نیمه‌عمر ایزوتوپ‌های طبیعی آن بین ۱۵۹۲۰۰ سال تا ۴٫۵ میلیارد سال است، این عنصر دارای خصلت ضعیف رادیواکتیو است. متداول‌ترین ایزوتوپ‌های اورانیوم طبیعی، اورانیم-۲۳۸ (دارای ۱۴۶ نوترون و تشکیل دهنده بیش از ۹۹ درصد از اورانیوم موجود روی زمین) و اورانیوم-۲۳۵ (دارای ۱۴۳ نوترون و تشکیل دهنده حدود ۰٫۷۲ درصد از اورانیوم موجود روی زمین) هستند. اورانیوم در میان نوکلیدهای دیرینه دارای بالاترین جرم اتمی است. چگالی اورانیوم در حدود ۷۰ درصد چگالی سرب و کمی کمتر از طلا یا تنگستن است. اورانیوم به‌صورت طبیعی و در مقادیر بسیار کم در حدود چند قسمت در میلیون (ppm) در خاک، سنگ‌ها و آب وجود دارد ولی به‌صورت تجاری از کانی‌های معدنی مانند اورانینیت استخراج می‌شود.
در طبیعت، اورانیوم به‌صورت اورانیوم-۲۳۸ (فراوانی ۹۹٫۲۷۵۲–۹۹٫۲۷۳۹ درصد) و اورانیوم-۲۳۵ (فراوانی ۰٫۷۲۰۲–۰٫۷۱۹۸ درصد) و همچنین در مقادیر بسیار اندک به‌شکل اورانیوم-۲۳۴ (فراوانی ۰٫۰۰۵۹–۰٫۰۰۵۰ درصد) یافت می‌شود. اورانیوم با انتشار ذره آلفا، به آرامی دچار واپاشی هسته‌ای می‌شود. نیمه‌عمر اورانیوم-۲۳۸ حدود ۴٫۴۷ میلیارد سال و نیمه‌عمر اورانیوم-۲۳۵ برابر ۷۰۴ میلیون سال است که این موضوع موجب می‌شود از این عناصر در تعیین عمرسنجی زمین استفاده شوند.
بسیاری از کاربردهای امروزی اورانیوم، در خواص منحصر به‌فرد هسته‌ای آن خلاصه می‌شود. اورانیوم-۲۳۵ تنها عنصر طبیعی موجود است که دارای ایزوتوپ‌های شکافت‌پذیر است که این خصلت موجب می‌شود از آن به‌صورت گسترده در نیروگاه هسته‌ای و سلاح‌های هسته‌ای استفاده شود. با این‌حال، به‌علت این‌که مقادیر ناچیزی از آن در طبیعت یافت می‌شود، نیاز است که تحت فرایندی موسوم به غنی‌سازی اورانیوم غنا و غلظت آن برای استفاده در نیروگاه‌های هسته‌ای، افزایش داده شود. امکان شکافتن اورانیوم-۲۳۸ توسط نوترون‌های پرسرعت وجود دارد و همچنین این ایزوتوپ اصطلاحاً ماده بارور خوانده می‌شود، به این معنی که توانایی تبدیل شدن به ایزوتوپ پلوتونیوم-۲۳۹ شکافت‌پذیر در یک رآکتور هسته‌ای را دارد. ایزوتوپ شکافت‌پذیر دیگر اورانیوم، ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۳ است که امکان تولید آن با استفاده از توریم طبیعی وجود دارد و در صنعت هسته‌ای دارای اهمیت است. اورانیوم-۲۳۸ دارای سطح مقطع شکاف بالاتری برای نوترون‌های با سرعت آهسته است. در غلظت‌های کافی، این ایزوتوپ‌ها موجود شکل‌گیری و حفظ یک واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای می‌شوند. این واکنش‌ها موجب ایجاد گرما در رآکتورهای هسته‌ای و مواد شکافت‌پذیر برای سلاح‌های هسته‌ای می‌شوند. اورانیوم ضعیف‌شده (U) در تولید نفوذ کننده انرژی جنبشی و وسایل نقلیه زره‌پوش استفاده می‌شود. اورانیوم به‌عنوان خنک‌کننده در شیشه‌های اورانیومی استفاده می‌شود که منجر به ایجاد رنگی رزد تا سبز در آنها می‌شود. شیشه اورانیومی در نور فرابنفش، با انجام فلورسنس، تولید نور سبز رنگ می‌نماید. همچنین قبلاً، از اورانیوم برای ایجاد سایه و ته‌رنگ در عکاسی استفاده شده‌است.
کشف اورانیوم در سنگ‌های معدن اورانینیت در سال ۱۷۸۹ به مارتین هاینریش کلاپروت نسبت داده می‌شود، فردی که نام این عنصر را از نام سیاره اورانوس که در آن زمان به تازگی کشف شده بود، انتخاب کرد. یوجین-میشل پلیگات اولین کسی بود که موفق به جداسازی اورانیوم فلزی در سال ۱۸۴۱ شد و چندی بعد در سال ۱۸۹۶، خواص پرتوزایی آن نیز توسط هانری بکرل کشف شد. تحقیقات انجام شده توسط اتو هان، لیزه مایتنر، انریکو فرمی و سایرین مانند رابرت اوپنهایمر که در سال ۱۹۳۴ آغاز گردید، منجر به تولید سوخت مورد استفاده در رآکتورهای هسته‌ای و در نهایت بمب هسته‌ای پسر کوچک شد، بمبی که از آن به‌عنوان اولین سلاح هسته‌ای استفاده شده در جنگ یاد می‌شود. در ادامه و در طول جنگ سرد میان ایالات متحده آمریکا و شوروی موجب تولید ده‌ها هزار سلاح هسته‌ای شد که از اورانیوم فلزی و پلوتونیوم-۲۳۹ به‌دست آمده از اورانیوم ساخته شده بودند. پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی در سال ۱۹۹۱، ایمنی این سلاح‌های تولیدی و مواد قابل شکافت موجود در آن‌ها، تبدیل به یک معضل ایمنی و سلامت عمومی شد. در همین زمان، توسعه و تولید رآکتورهای هسته‌ای در مقیاس جهانی در حال انجام بوده‌است. امروزه به‌این علت که نیروگاه‌های هسته‌ای منبعی قدرتمند برای تولید انرژی عاری از کربن دی‌اکسید هستند، تقاضا برای ساخت آن‌ها دارای روند روبه رشدی است. در سال ۲۰۱۹، تعداد ۴۴۰ رآکتور هسته‌ای بیش از ۲۵۶۰ تراوات کیلوساعت (TWh) الکتریسیته عاری از کربن دی‌اکسید تولید کرده‌اند. (مقداری بیشتر از مجموع الکتریسیتهٔ تولیدی توسط نیروگاه‌های بادی و خورشیدی).
استفاده از ترکیبات اورانیوم توسط انسان عمری طولانی دارد، به‌طوری که قدمت استفاده از اورانیوم اکسید برای ایجاد رنگ زرد در لعاب سرامیک‌ها به ۷۹ سال قبل از میلاد بازمی‌گردد. شیشه‌های زرد حاوی یک درصد اورانیوم اکسید، توسط آر.تی. گانتر از دانشگاه آکسفورد در یک ویلای مربوط به دوران روم باستان در دماغه پوسیلیپو در خلیج ناپل کشور ایتالیا پیدا شد. از اواخر قرون وسطی، کم‌کم استخراج سنگ معدن اورانیوم از معادن نقره هاسبورگ در یاخیموو واقع در بوهم (در جمهوری چک امروزی)، آغاز و استفاده از آن برای رنگ‌آمیزی در محصولات شیشه‌ای رواج یافت. در اوایل قرن نوزدهم میلادی، تنها معدن شناخته شده اورانیوم در سراسر دنیا، همین معادن بودند.
کشف اورانیوم به شیمی‌دانی آلمانی به‌نام مارتین هاینریش کلاپروت نسبت داده می‌شود. زمانی‌که مشغول کار کردن در آزمایشگاه خود در برلین در سال ۱۷۸۹ بود، او موفق به رسوب‌دادن ترکیبی زرد رنگ (احتمالاً سدیم دیواورانات (NaUO·۶HO)) با کمک حل کردن سنگ معدن اورانینیت در اسید نیتریک و سپس خنثی کردن محلول حاصل با کمک سدیم هیدروکسید شد. کلاپروت گمان کرد که این ماده حاصل، اکسید عنصری است که هنوز کشف نشده‌است و از همین رو آن را با کمک زغال حرارت داد تا پودری سیاه رنگ تولید شود که او تصور می‌کرد شکل فلزی عنصر مورد نظر است (در حقیقت، این پودر سیاه رنگ اورانیوم اکسید بود) او نام عنصر تازه کشف شده را به‌خاطر نام سیاره اورانوس (نامی برگرفته از ایزد آسمان در یونان باستان)، که هشت سال قبل توسط ویلیام هرشل کشف شده بود، اورانیوم نامید.
در سال ۱۸۴۱، یوجین-میشل پلیگات، استاد شیمی تجزیه در "هنرستان ملی هنر و صنایع دستی در پاریس"، نخستین نمونه فلز اورانیوم را باکمک حرارت دادن اورانیوم تتراکلرید با پتاسیم تهیه کرد.
هانری بکرل در سال ۱۸۹۶ خواص پرتوزایی اورانیوم را کشف کرد. بکرل این کشف را در پاریس و زمانی که انجام داد که نمونه‌ای از نمک پتاسیم اورانیل سولفات (KUO(SO)) را روی یک صفحه عکاسی نپوشیده در کشوی کارش قرار داده بود و متوجه شد که این موضوع باعث ایجاد حالتی مه‌آلود، برروی صفحه عکاسی شده‌است. او به این نتیجه رسید که نوعی پرتوی نوری نامرئی یا نوعی اشعه که از اورانیوم ساطع شده‌است، عامل ماجرا است.
در طول جنگ جهانی اول، زمانی که دول محور از کمبود مولیبدن برای تولید لوله تفنگ و ابزار فولادی دارای سرعت بالا رنج می‌بردند، از جایگزین آلیاژ فرواورانیوم که از لحاظ فیزیکی دارای خواص مشابه بسیاری است، استفاده کردند. موقعی‌که این کار معروف شد، دولت ایالات متحده از چند دانشگاه برجسته خواست تا در مورد کاربردهای اورانیوم به پژوهش بپردازند. ابزار وسایلی که در نتیجه این پژوهش‌ها تولید شد تا چندین دهه ادامه داشت و تنها در زمان شروع پروژه منهتن و دوران جنگ سرد که نیاز مبرمی به تحقیقات شکافت اتمی و توسعه تسلیحات وجود داشت، خاتمه یافت.
در سال ۱۹۳۴، گروهی پژوهشی به سرپرستی انریکو فرمی، مشاهده کرد که بمباران ذرات اورانیوم با نوترون‌ها باعث نشر پرتوهای بتا می‌شود. (الکترون‌ها یا پوزیترون‌ها از عناصر تولید شده، به ذرات بتا رجوع شود) محصولاتی که از این شکافت هسته ای تولید می‌شدند در ابتدا با عناصر جدیدی که قرار بود با عدد اتمی ۹۳ و ۹۴ شناخته شوند، اشتباه گرفته شدند، که در ابتدا، رئیس دانشکده رم، اورسو ماریو کوربینو، آنها را آسونیوم و هسپریوم نام گذاری کرد. آزمایش‌ها در آزمایشگاه هان در برلین توسط اتو هان و فریتس اشتراسمان باعث کشف قابلیت شکافت اورانیوم به عناصر سبک‌تر و آزاد شدن انرژی بستگی گردید. لیس مایتنر و خواهرزاده اش، فیزیکدان، اوتو رابرت فریش، توضیحی برای دلیل فیزیکی وقوع این پدیده را در فوریه ۱۹۳۹ پیدا کردند و این پدیده را شکافت هسته ای نامیدند. کمی بعد فرمی فرضیه ای را ارائه کرد که شکافت اورانیوم می‌تواند باعث تولید مقادیر کافی نوترون جهت انجام واکنش شکافت شود. اثبات این فرضیه کمی بعد در همان سال انجام شد، و تحقیقات نشان دادند که به‌طور متوسط ۲/۵ نوترون از واکنش شکافت ایزوتوپ کمیاب اورانیوم-۲۳۵ آزاد می‌شود. فرمی از آلفرد او. سی نیر درخواست کرد تا ایزوتوپ‌های اورانیوم را، برای پیدا کردن اتم شکاف پذیر جدا کند، در ۲۹ فوریه ۱۹۴۰ نیر ابزاری را که در دانشگاه مینسوتا ساخته بود را برای جداسازی اولین نمونه اورانیوم-۲۳۵، را در آزمایشگاه تات استفاده کرد. بعد از این که این نمونه برای استفاده در شتاب‌دهنده حلقوی دانشگاه کلمبیا فرستاده شد، جان دانینگ، شکاف پذیر بودن این ماده را در اول مارس همان سال تأیید کرد. با تحقیقات بیشتر، مشخص شد که ایزوتوپ نه چندان کمیاب اورانیوم-۲۳۸ می‌تواند به پلوتونیوم تبدیل بشود و مانند اورانیوم-۲۳۵، می‌تواند توسط نوترون‌هایی با دمای بالا شکافته شود. این یافته‌ها، باعث شدند که چندین کشور در سراسر جهان، تولید انرژی هسته‌ای و سلاح‌های اتمی را آغاز کنند. در ۲ دسامبر ۱۹۴۲، به عنوان بخشی از پروژه منهتن، تیم دیگری به رهبری انریکو فرمی، موفق شد که اولین واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای مصنوعی را تحت عنوان شیکاگو پایل-۱ آغاز کند. نقشه اولیه ای که اورانیوم-۲۳۵ غنی شده را به عنوان شروع کننده واکنش استفاده می‌کرد، به دلیل کمیت پایین اورانیوم بدست آمده از غنی سازی رها شد. تیمی که در آزمایشگاه استگفیلد دانشگاه شیکاگو کار می‌کرد، موفق شد که شرایط به‌وجود آمدن واکنشی شبیه به این را با کنار هم جمع کردن ۳۶۰ تن گرافیت، ۵۳ تن اورانیوم اکسید و ۵٫۵ تن فلز اورانیوم، که توسط کارخانه ساخت لامپ وستینگ‌هاوس، در پروسه ای موقتی، تهیه شده بود، درست کند.
دو گونه بمب هسته ای توسط آمریکا در طول جنگ جهانی دوم ساخته شدند: اولی، یک دستگاه اورانیومی با کد رمز پسر کوچک که ماده شکافت پذیر آن، اورانیوم بسیار غنی شده بود و دومی، یک دستگاه پلوتونیومی (به آزمایش ترینیتی و مرد چاق رجوع شود) که پلوتونیوم آن از اورانیوم-۲۳۸ تهیه شده بود. بمب «پسربچه» که مبنای اورانیومی داشت، اولین سلاح هسته ای استفاده شده در جنگ بود که بر فراز شهر هیروشیما در کشور ژاپن، در ششم اوت ۱۹۴۵ منفجر شد. با نیرویی که تقریباً با ۱۲۵۰۰ تن تی‌ان‌تی برابری می‌کرد و با موج انفجار و حرارتی که تقریباً ۵۰۰۰۰ ساختمان را نابود و ۷۵۰۰۰ نفر را کشت. (به بمباران اتمی هیروشیما و ناگاساکی رجوع شود)
رآکتور گرافیت ایکس-۱۰ در آزمایشگاه ملی اوک ریج در شهر اوک ریج، تنسی که قبلاً به نام کلینتون پایل و پایل ایکس ده شناخته می‌شد، دومین رآکتور مصنوعی اتمی جهان بود (بعد از شیکاگو پایل انریکو فرمی) و اولین رآکتور طراحی و ساخته شده برای بهره‌برداری پیوسته بود. رآکتور مولد آزمایشی آزمایشگاه ملی آرگون شماره یک، که در ایستگاه آزمایش رآکتور ملی کمیسیون انرژی اتمی در نزدیکی آرکو، آیداهو واقع شده‌است؛ اولین رآکتور هسته ای است که موفق به تولید برق در ۲۰ دسامبر ۱۹۵۱ شد. در ابتدا، چهار لامپ ۱۵۰ واتی توسط این رآکتور روشن شدند، در ادامه، بهبودهایی که به بهینگی این رآکتور داده شد توانست کل این مجموعه را برق رسانی کند (بعدها، آرکو اولین شهری شد که تمام انرژی اش را از یک نیروگاه هسته ای بگیرد، برای تولید برق این شهر از رآکتور بوراکس سوم استفاده شد، که توسط آزمایشگاه ملی آرگون طراحی و اداره می‌شد. اولین رآکتور هسته ای ای که در ابعاد تجاری ساخته شد، اوبنینسک در شوروی بود، که تولید خود را با رآکتور ای ام-۱ را در ۲۷ ژوئن ۱۹۵۴ شروع کرد. از اولین رآکتورهای انرژی هسته ای، همچنین می‌توان به کالدر هال در انگلستان، که تولید خود را در ۱۷ اکتبر ۱۹۵۶، و ایستگاه نیروی اتمی شیپینگپورت در ایالت پنسیلوانیای آمریکا، که در بیست و ششم ماه مه سال ۱۹۵۸ تولید خودش را شروع کرد اشاره کرد. انرژی اتمی برای اولین بار به عنوان نیروی محرک زیردریایی یواس‌اس ناتیلوس آمریکا در سال ۱۹۵۴ استفاده شد.
در سال ۱۹۷۲، فیزیکدان فرانسوی، فرانسیس پرن پانزده رآکتور هسته ای طبیعی باستانی از کار افتاده را در سه نقطه ته نشست فلز در معدن اوکلو در کشور گابن واقع در غرب آفریقا پیدا کرد؛ که این یافته‌ها در مجموع به عنوان رآکتورهای فسیل اوکلو شناخته می‌شوند. این نقطه ته نشست تقریباً ۱٫۷ میلیارد سال عمر دارد و اورانیوم-۲۳۵ آن تقریباً ۳ درصد اورانیوم موجود در جهان را تشکیل می‌دهد. این مقدار به قدری کافی است که اجازه رخ دادن واکنش زنجیره ای شکافت پایدار را بدهد، اگر شرایط آن فراهم باشد. ظرفیت رسوب اطراف این ته نشست، که محصولات هسته ای را در خود جای می‌دهد، توسط دولت آمریکا، مدرکی برای امکان نگهداری سوخت هسته ای مصرف شده در انبار ضایعات اتمی کوه یوکا شناخته شد.
آزمایش سلاح‌های هسته‌ای که توسط شوروی و آمریکا در دهه ۱۹۵۰ و اوایل ۱۹۶۰ و توسط فرانسه در دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ صورت گرفت، مقدار زیادی بارش هسته‌ای، ناشی از ایزوتوپ‌های محصول واپاشی را در سراسر جهان پخش کرده‌است. همچنین مقدار زیادی باران و زباله‌های رادیو اکتیو از حوادث اتفاق افتاده در نیروگاه‌ها پخش شد. معدن‌کاوهای اورانیوم، ریسک بیشتری برای ابتلا به سرطان دارند. برای مثال، موارد متعددی از سرطان ریه در معدن‌کاوهای ناواهو ثبت شده‌است و ارتباط این سرطان با شغل آنها تأیید شده‌است. در مصوبه «جبران خسارت در معرض تشعشع قرار گرفتن» سال ۱۹۹۰ آمریکا، از کارگزاران درخواست شد که صد هزار دلار در صورت تشخیص سرطان به معدن‌کاوهای اورانیوم پرداخت شود. در جنگ سرد میان آمریکا و شوروی، انباشته‌های بزرگی از اورانیوم برای استفاده فشرده شدند و ده‌ها هزار سلاح هسته ای بوسیله اورانیوم غنی شده و پلوتونیوم ساخته شده از اورانیوم تولید شده‌اند. از زمان تجزیه شوروی در سال ۱۹۹۱، در روسیه و چندین ایالت مختلف شوروی سابق، ۵۴۰ تن اورانیوم بسیار غنی شده (که برای ساخت چهل هزار کلاهک هسته ای کافی است) در انبارهایی که بعضی از اوقات حتی از محافظت کافی برخوردار نیستند، یافت شده‌است. پلیس و سازمان‌های امنیت ملی مختلف در آسیا، اروپا و آمریکای جنوبی حداقل شانزده واقعه از ۱۹۹۳ تا ۲۰۰۵ از حمل و نقل اورانیوم و پلوتونیوم قاچاق و قابل استفاده برای بمب پیدا کرده‌اند، که منبع بیشتر آن‌ها کشوری از شوروی سابق بوده‌است. از سال ۱۹۹۳ تا ۲۰۰۵، برنامه محافظت، کنترل و حسابداری ماده در آمریکا، تقریباً ۵۵۰ میلیون دلار به دولت روسیه کمک کرد تا از انبارهای اورانیوم و پلوتونیوم محافظت نشده در این کشور محافظت کند. این پول برای بهبود امنیت در سازمان‌های تحقیق و نگه داری خرج شد. مجله Scientific American در فوریه ۲۰۰۶، گزارش کرد که هنوز برای محافظت از بعضی از این سازمان‌ها، از حصارهای فلزی ای استفاده می‌شود که در وضعیتی هستند که نیاز به تعمیر اساسی دارند. به نقل از یکی از مصاحبه‌ها در این مقاله، یکی از این سازمان‌ها، قبل از پروژه بهبود سازی امنیت، اورانیم غنی شده درجه یک را در گنجه ای برای نگه داری وسایل تمیز کاری نگه داری می‌کرد. یکی دیگر از این سازمان‌ها، برای شمارش و حسابداری مقدار کلاهک‌های هسته ای موجود در این سازمان‌ها، از کاغذهای نوت برداری در یک جعبه کفش استفاده می‌کرد.
در ابتدای کشف اورانیوم این باور رایج بود که این عنصر بسیار کمیاب است اما بعد از گذشت یک دهه، معادن بزرگی از اورانیوم در نقاط مختلف جهان پیدا شد. تخمین زده می‌شود که ۵٫۵ میلیون تن اورانیوم در ذخایر سنگ معدن وجود دارد که از نظر اقتصادی در ۵۹ دلار بر هر پوند اورانیوم قابلیت رشد و ترقی دارند، درحالیکه ۳۵ میلیون تن به عنوان منابع معدنی طبقه‌بندی می‌شوند (چشم‌انداز معقول برای استخراج اقتصادی احتمالی). قیمت‌ها از حدود ۱۰ دلار در هر پوند در ماه مه ۲۰۰۳ به ۱۳۸ دلار در هر پوند در ژوئیه ۲۰۰۷ رسید. این امر باعث افزایش زیاد هزینه در زمینه کاوش شده‌است، با هزینه ۲۰۰ میلیون دلار در سال ۲۰۰۵ در سراسر جهان، ۵۴ درصد نسبت به سال قبل افزایش یافته‌است. این روند تا سال ۲۰۰۶ ادامه یافت، هنگامی که هزینه‌های اکتشاف به بیش از ۷۷۴ میلیون دلار رسید، یک افزایش بیش از ۲۵۰٪ نسبت به سال ۲۰۰۴ داشته‌است. سازمان همکاری و توسعه اقتصادی (OECD) گفت که ارقام اکتشاف سال ۲۰۰۷ احتمالاً با آمار سال ۲۰۰۶ مطابقت دارد.
استرالیا ۳۱٪ از ذخایر شناخته شده سنگ معدن اورانیوم جهان را در اختیار دارد. بزرگ‌ترین معدن اورانیوم جهان نیز معدن سد المپیک در استرالیای جنوبی است. یک ذخیره قابل توجه از اورانیوم در باکوما، منطقه ای در مابومو در جمهوری آفریقای مرکزی وجود دارد. یکی دیگر از منابع قابل توجه، اورانیوم حاصله از نابودسازی سلاح‌های هسته ای است. مانند برنامه مگاتن به مگاوات. تخمین زده می‌شود که ۴٫۶ میلیارد تن اورانیوم محلول در آب دریا باشد (دانشمندان ژاپنی در دهه ۱۹۸۰ نشان دادند که استخراج اورانیوم از آب دریا با استفاده از تبادل‌های یونی از نظر فنی امکان‌پذیر است). بررسی‌هایی برای استخراج اورانیوم از آب دریا انجام شده اما به دلیل کربنات موجود در آب دریا بازدهی کم بوده‌است. در سال ۲۰۲۰، محققان آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) توسعه موفقیت‌آمیز یک مادهٔ جاذب جدید موسوم به HiCaP را اعلام کردند که بازداری سطح مولکول‌ها، اتم‌ها یا یون‌های جامد یا گاز را انجام می‌دهد و طبق نتایج تأیید شده توسط محققان در آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام، به‌طور مؤثر فلزات سمی را از آب خارج می‌کند.
در سال ۲۰۰۵ هفده کشور اکسیدهای اورانیوم غلیظ تولید کردند: کانادا(۲۹٫۷٪ از تولید جهانی)، استرالیا(۲۲٫۸٪)، قزاقستان(۱۰٫۵٪)، روسیه(۸٫۰٪)، نامیبیا(۷٫۵٪)، نیجر(۷٫۴٪)، ازبکستان(۵٫۵٪)، ایالات متحده(۲٫۵٪)، آرژانتین(۲٫۱٪)، اوکراین(۱٫۹٪) و چین(۱٫۷٪). قزاقستان همچنان به افزایش تولید خود ادامه می‌دهد و احتمالاً با تولید پیش‌بینی شده ۱۲۸۲۶ تن در مقایسه با کانادا با ۱۱۱۰۰ تن و استرالیا با ۹۴۳۰ تن به بزرگ‌ترین تولیدکننده اورانیوم در جهان در سال ۲۰۰۹ تبدیل شده‌است. در اواخر دهه ۱۹۶۰، زمین شناسان سازمان ملل هم چنین ذخایر مهم اورانیوم و سایر ذخایر معدنی کمیاب در سومالی را کشف کردند. این یافته در نوع خود بزرگ‌ترین بود، به طوری که کارشناسان صنعت بیش از ۲۵٪ ذخایر اورانیوم شناخته شده در جهان را ۸۰۰۰۰۰ تن تخمین زده‌اند.
اعتقاد بر این است که عرضه نهایی موجود حداقل برای ۸۵ سال آینده کافی است، اگرچه برخی مطالعات حاکی از کمبود سرمایه‌گذاری در اواخر قرن بیستم است که ممکن است در قرن ۲۱ مشکلات عرضه را ایجاد کند. به نظر می‌رسد که ذخایر اورانیوم به صورت توزیع لگاریتمی طبیعی باشد. برای هر ده برابر کاهش در درجه سنگ معدن، ۳۰۰ برابر افزایش در مقدار اورانیوم قابل بازیافت وجود دارد. به عبارت دیگر، سنگ معدن در درجه بالا، به مقدار کمی وجود دارد و به تناسب مقدار بیشتری سنگ معدن با درجه بسیار کم تری در دسترس است.
اورانیوم طبیعی شامل سه ایزوتوپ اصلی است: اورانیوم-۲۳۸ (۹۹٫۲۸٪ فراوانی طبیعی)، اورانیوم-۲۳۵ (۰٫۷۱٪) و اورانیوم-۲۳۴ (۰٫۰۰۵۴٪). هر سه رادیواکتیو و نشر دهنده ذرات آلفا هستند، به استثنای این که هر سه این ایزوتوپ‌ها به احتمال کمی تحت شکافت خود به خود قرار می‌گیرند. افزون بر این، پنج ایزوتوپ کم مقدار دیگر وجود دارد: اورانیوم-۲۳۹، زمانی تشکیل می‌شود که اورانیوم ۲۳۸ تحت شکافت خود به خودی قرار گیرد، نوترون‌های آزاد شده توسط اتم ۲۳۸ دیگری اسیر می‌شود؛ اورانیوم-۲۳۷، زمانی تشکیل می‌شود که اتم۲ ۲۳۸ یک نوترون را اسیر می‌کند اما دوتای دیگر را منتشر می‌کند، سپس به نپتونیوم-۲۳۷ واپاشی می‌شود؛ و در نهایت، اورانیوم-۲۳۳ که در زنجیرهٔ واپاشی نپتونیوم-۲۳۷ تشکیل شده‌است. همچنین پیش‌بینی می‌شود که توریوم-۲۳۲ باید قادر به فروپاشی دو بتا باشد، که اورانیوم-۲۳۲ تولید شود اما هنوز به صورت آزمایشگاهی مشاهده نشده‌است.
اورانیوم-۲۳۸ پایدارترین ایزوتوپ اورانیوم است با نیمه‌عمر تقریباً ۴٫۴۶۸×۱۰۹ سال، در حدود سن زمین است. اورانیوم-۲۳۵ نیمه عمر تقریباً ۷٫۱۳×۱۰۸ سال و اورانیوم-۲۳۴ نیمه عمر در حدود ۲٫۴۸×۱۰۵ دارند. برای اورانیوم طبیعی حدود ۴۹٪ از پرتوهای آلفای آن توسط اورانیوم-۲۳۸ و نیز ۴۹٪ توسط اورانیوم-۲۳۴ (چون دومی از اولی تشکیل شده‌است) و حدود ۲٫۰٪ از آنها توسط اورانیوم-۲۳۵ ساطع می‌شود. وقتی‌که زمین جوان بود، احتمالاً حدود یک پنجم اورانیوم آن اورانیوم-۲۳۵ بوده، اما درصد اورانیوم-۲۳۴ احتمالاً بسیار کمتر از این بوده‌است.
اورانیوم-۲۳۸ معمولاً یک نشر دهندهٔ آلفا است (گهگاه دچار شکافت خود به خودی می‌شود)، واپاشی از میان سری‌های اورانیومی، که ۱۸ عضو دارد، درون سرب-۲۰۶ توسط انواع مختلف الگوهای واپاشی صورت می‌گیرد.
زنجیره‌های واپاشی اورانیوم-۲۳۵ که سری‌های آکتینیوم نامیده شده‌است، ۱۵عضو دارد و درنهایت به سرب-۲۰۷ واپاشی می‌شود. نرخ‌های ثابت واپاشی در این سری‌های واپاشی قابل قیاس با نسبت‌های عناصر والد به دختر در داده‌های رادیومتریک می‌باشد.
اورانیوم-۲۳۴، که یکی از اعضا سری‌های اورانیوم است (زنجیره واپاشی اورانیوم-۲۳۸) به سرب-۲۰۶ که ازیک سری ایزوتوپ‌های نسبتاً کوتاه عمر است، واپاشی می‌شود. اورانیوم-۲۳۳ از توریوم-۲۳۲ توسط بمباران نوترونی، معمولاً در رآکتورهای هسته ای، ساخته می‌شود و اورانیوم-۲۳۳ نیز شکاف پذیر است. زنجیرهٔ فروپاشی آن بخشی از سری نپتونیوم را تشکیل می‌دهد و با بیسموت-۲۰۹ و تالیوم-۲۰۵ خاتمه میابد.
اورانیوم-۲۳۵ برای راکتورها و جنگ‌افزارهای هسته‌ای اهمیت دارد، زیرا تنها ایزوتوپ اورانیوم است که در طبیعت روی زمین در مقادیر قابل توجهی که شکاف‌پذیر است، وجود دارد. به این معنی که می‌تواند به دو یا سه قطعه (محصول شکافت) توسط نوترون‌های حرارتی شکافته شود.
اورانیوم-۲۳۸ شکاف پذیر نیست اما یک ایزوتوپ پرثمر است زیرا پس از فعالسازی نوترونی می‌تواند به پلوتونیوم-۲۳۹ یکی دیگر از ایزوتوپ‌های شکاف پذیر تبدیل شود. درواقع هسته‌های اورانیوم-۲۳۸ می‌توانند یک نوترون جذب کنند تا ایزوتوپ رادیواکتیو اورانیوم-۲۳۹ تولید شود. اورانیوم-۲۳۹ توسط نشر بتا به نپتونیوم-۲۳۹ فروپاشی می‌شود، هم چنین یک ساطع کنندهٔ بتا، که به نوبهٔ خود فروپاشی می‌شود در عرض چند روز به پلوتونیوم-۲۳۹ فروپاشی می‌کند. پلوتونیوم-۲۳۹ در اولین انفجار بمب اتمی در آزمایش ترینیتی در ۱۵ ژوئیه ۱۹۴۵ در نیومکزیکو به عنوان مادهٔ شکاف پذیر مورد استفاده قرار گرفت.
در طبیعت، اورانیوم به عنوان اورانیوم-۲۳۸ (۹۹٫۲۷۴۲٪) و اورانیوم-۲۳۵ (۰٫۷۲۰۴٪) یافت می‌شود. جداسازی ایزوتوپ، اورانیوم-۲۳۵ شکاف پذیر را برای سلاح‌های هسته ای و اکثر نیروگاه‌های هسته ای غنی می‌سازد. اکثر نوترون‌های آزاد شده توسط یک اتم شکافته شده اورانیوم-۲۳۵ باید بر سایر اتم‌های اورانیوم-۲۳۵ تأثیر بگذارند تا واکنش زنجیره‌ای هسته‌ای را حفظ کنند. غلظت و مقدار اورانیوم-۲۳۵ مورد نیاز برای دستیابی به این هدف جرم بحرانی نامیده می‌شود.
برای غنی سازی، سهم اورانیوم-۲۳۵ باید بین ۳ تا ۵ درصد باشد. این فرایند مقدار زیادی از اورانیوم تولید می‌کند که عاری از اورانیوم-۲۳۵ است و به همان نسبت سهم اورانیوم-۲۳۸ افزایش یافته‌است، اورانیوم تخلیه شده یا DU نامیده می‌شود. برای تخلیه کردن، غلظت ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۵ نباید بیشتر از ۰٫۳٪ باشد. قیمت اورانیوم ازسال ۲۰۰۱ افزایش یافته‌است، بنابراین غنی سازی پسماندهای حاوی بیش از۰٫۳۵٪ اورانیوم-۲۳۵ برای غنی سازی مجدد در نظر گرفته شده‌است، که سبب رسیدن قیمت اورانیوم هگزافلوراید تضعیف شده، لز ۵ دلار در سال ۲۰۰۱ به بالای ۱۳۰ دلار بر هر کیلوگرم در ژوئیه ۲۰۰۷ شده‌است.
فرایند سانتریفیوژ گازی که در آن هگزافلوراید اورانیوم گازی (UF6) با اختلاف وزن مولکولی بین 235 UF6 و 238 UF6 با استفاده از سانتریفیوژ سرعت بالا ازهم جدا می‌شوند، ارزان‌ترین و پیشرو فرایند غنی سازی است. فرایند انتشار گاز روشی پیشرو برای غنی سازی بوده و در پروژهٔ منهتن مورد استفاده قرار گرفته‌است. در این فرایند، اورانیوم هگزافلوراید مکرراً از میان یک غشا نقره - روی پراکنده شده و ایزوتوپ‌های مختلف اورانیوم بوسیلهٔ سرعت نفوذ از هم جدا می‌شوند (از آنجا که اورانیوم-۲۳۸ سنگین تر است کمی آهسته‌تر از اورانیوم-۲۳۵ نفوذ می‌کند). روش جداسازی ایزوتوپ لیزر مولکولی از یک پرتو لیزری با انرژی معین برای قطع پیوند بین اورانیوم-۲۳۵ و فلوئور استفاده می‌کند. این جدایی، اورانیوم-۲۳۸ را به فلوئور پیوند می‌دهد و به فلز اورانیوم-۲۳۵ اجازه می‌دهد تا از محلول رسوب کند. یک روش غنی سازی جایگزین لیزر به عنوان جداسازی ایزوتوپ لیزر بخار اتمی (AVLIS) شناخته شده‌است و از لیزرهای قابل تنظیم مرئی مانند لیزرهای رنگی استفاده می‌کند. روش دیگری که استفاده می‌شود، انتشار حرارتی مایع است.
اصلی‌ترین کاربرد اورانیوم در بخش نظامی در دستگاه‌های نفوذگر با چگالی بالاست. این اسلحه از اورانیوم بدون بار (DU) آلیاژ شده با یک تا دو درصد از عناصر دیگر، مثل تیتانیوم یا مولیبدن تشکیل شده‌است. در سرعت بالای ضربه، چگالی، سختی، و توانایی شعله‌وری خود به خودی در معرض هوای پرتابه، امکان تخریب اهداف شدیداً زرهی را فراهم می‌کند. تانک زرهی و سایر وسایل نقلیه زرهی نیز می‌توانند بوسیلهٔ صفحات اورانیوم خنثی مستحکم شوند. استفاده از اورانیوم بدون بار پس از استفاده از چنین مهمات توسط ایالات متحده، انگلیس و سایر کشورها در جریان جنگ‌ها در خلیج فارس و بالکان، از نظر سیاسی و محیط زیست مورد بحث و جدال قرار گرفت و سوالاتی در رابطه با ترکیبات اورانیوم باقی مانده در خاک پیش آورد. (سندرم جنگ خلیج فارس را ببینید). اورانیوم خنثی همچنین به عنوان مادهٔ محافظ در بعضی از حامل‌های استفاده شده در ذخیره‌سازی و انتقال مواد رادیواکتیو، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حالی که این فلز خود رادیواکتیو است، چگالی بالای آن سبب می‌شود، نسبت به سرب در متوقف کردن اشعه از منابع قوی مثل رادیم، موثرتر باشد. سایر کاربردهای اورانیوم بدون بار شامل وزنه‌های متقابل برای سطوح کنترل کنندهٔ هواپیما، بالاست برای وسایل نقلیه ورود مجدد و به عنوان مادهٔ محافظ می‌باشد. به دلیل چگالی بالا، این ماده در سیستم‌های هدایت اینرسی و در قطب‌نماهای ژیروسکوپی یافت می‌شود. اورانیوم تخلیه شده به دلیل توانایی ماشین‌کاری و ریخته‌گری و همچنین هزینه نسبتاً کم، نسبت به فلزات مشابه متراکم ترجیح داده می‌شود. ریسک اصلی قرار گرفتن در معرض اورانیوم خنثی مسمومیت شیمیایی بوسیلهٔ اکسید اورانیوم است نه رادیواکتیویتهٔ آن. (اورانیوم تنها یک نشرکنندهٔ ضعیف آلفاست). در مراحل اخیر جنگ جهانی دوم، کل جنگ سرد و به مدت زمان کوتاهی پس از آن، از اورانیوم-۲۳۵ به عنوان ماده منفجره قابل شکافت، برای تولید سلاح‌های هسته ای استفاده شده‌است. در ابتدا، دو نوع اصلی از بمب‌های قابل شکافت ساخته شد:یک دستگاه نسبتاً ساده که از اورانیوم-۲۳۵ استفاده می‌کند و یک مکانیسم بسیار پیشرفته تر که از پلوتونیم-۲۳۹ مشتق شده از اورانیوم-۲۳۸ استفاده می‌کند. بعدها، یک بمب از نوع شکافتی/گداختی که بسیار پیچیده‌تر و بسیار قویتر است (اسلحه وابسته به درجه حرارت هسته اتم) ساخته شد، که از دستگاهی براساس پلوتونیم استفاده می‌کند تا سبب شود مخلوطی از تریتیوم و دوتریوم تحت همجوشی هسته‌ای قرار گیرند. چنین بمب‌هایی در دستهٔ موارد اورانیوم غیر شکافتی (غنی نشده) قرار می‌گیرند، و بیشتر نیروی خود را، از شکافت این ماده بوسیلهٔ نوترون‌های تسریع شده از فرایند گداخت هسته، منشأ می‌گیرند.
اصلی‌ترین کاربرد غیرنظامی اورانیوم در بخش غیرنظامی به عنوان سوخت نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای می‌باشد. یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ به لحاظ تئوری می‌تواند حدود ۲۰ تراژول انرژی (۲×۱۰۱۳ ژول) تولید کند، با فرض شکافت کامل؛ انرژی آن برابر با انرژی یک و نیم میلیون کیلوگرم (۱۵۰۰ تن) زغال سنگ است. نیروگاه‌های تجاری انرژی هسته‌ای از سوختی استفاده می‌کنند که معمولاً تا حدود ۳٪ اورانیوم-۲۳۵ غنی شده‌است. طراحی رآکتور کاندو و مگناکس تنها رآکتورهای تجاری توانمند در استفاده از سوخت اورانیوم غنی نشده هستند. سوخت استفاده شده در رآکتورهای نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا به‌طور معمول بسیار در از نظر اورانیوم-۲۳۵ غنی می‌باشد (مقادیر دقیق طبقه‌بندی شده‌اند). در یک رآکتور زاینده، اورانیوم-۲۳۸ همچنین می‌تواند توسط واکنش زیر به پلوتونیم تبدیل شود. قبل (و گاهی، بعد) از کشف رادیواکتیویته، اورانیوم در ابتدا در مقادیر کم برای شیشه زرد و درخشش ظروف، مانند شیشه اورانیوم و در فیستاور استفاده می‌شد.
کشف و ایزوله کردن رادیوم در سنگ معدن اورانیوم توسط ماری کوری شروعی برای گسترش حفاری اورانیوم به منظور استخراج رادیوم بود، که برای ساخت رنگ‌های درخشنده در تاریکی در ساعت‌ها و صفحهٔ عقربه دار هواپیما استفاده می‌شد. این امر سبب می‌شد مقدار زیادی از اورانیوم هدر برود، زیرا برای استخراج یک گرم رادیوم به سه تن اورانیوم احتیاج است. این پسماند به صنعت لعاب دادن منتقل شد، که باعث می‌شد لعاب اورانیوم بسیار ارزان و فراوان باشد. علاوه بر لعاب ظروف، لعاب سرامیک اورانیوم شامل سرامیک‌های معمول آشپزخانه و حمام در حجم زیاد استفاده می‌شد که می‌تواند در رنگ‌های سبز، زرد، بنفش، سیاه، آبی، قرمز و سایر رنگ‌ها تولید شود.
اورانیوم همچنین در مواد شیمیایی عکاسی (به ویژه اورانیوم نیترات به عنوان تونر)، در رشتهٔ لامپ برای حباب چراغ صحنه، به منظور بهبود ظاهر دندان‌های مصنوعی، و در صنایع چوب و چرم برای رنگ و لک، استفاده می‌شد. نمک‌های اورانیوم مواد تثبیت کنندهٔ ابریشم و پشم هستند. اورانیل استات و اورانیل فرمات به عنوان استین های چگال الکترون در میکروسکوپ الکترونی عبوری، به منظور افزایش کنتراست نمونه‌های زیستی در مقاطع بسیار نازک و در ویروس‌های گرم منفی، ارگانل‌های سلول تک و درشت‌مولکول‌ها استفاده می‌شوند.
کشف رادیواکتیویتهٔ اورانیوم سبب ظهور موارد استفادهٔ علمی و عملی بیشتری از این عنصر شد. نیمه‌عمر طولانی ایزوتوپ اورانیوم-۲۳۸ (۵٫۵۱ × ۱۰۹ سال)، آن را برای استفاده در تخمین سن ابتدایی‌ترین سنگ‌های آذرین و سایر انواع زمان‌سنجی رادیومتری، من جمله تاریخ‌نگاری اورانیوم-توریم، تاریخ‌نگاری اورانیوم-سرب و تاریخ‌نگاری اورانیوم-اورانیوم، مناسب می‌سازد. فلز اورانیوم به عنوان اهداف پرتو ایکس در تولید پرتو ایکس پر انرژی، استفاده می‌شود.
مسمومیت پرتوی، بیماری پرتوی، یا دوز پخش شده، شکلی از صدمات است که باعث آسیب رساندن به بافت ارگان بوسیلهٔ قرار گرفتن در معرض اشعه دهی بیش از حد با پرتوهای یونیزه‌کننده می‌شود. این عبارت عموماً برای ارجاع دادن به مشکلات حاد به وجود آمده بوسیلهٔ دوز بزرگی از پرتودهی در یک دورهٔ کوتاه مدت، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگرچه این آسیب‌ها اغلب با در معرض اشعه قرار گرفتن طولانی مدت اتفاق می‌افتند.