Pengayaan uranium
Pengayaan uranium adalah tipe uranium yang persen komposisi uranium-235-nya telah ditingkatkan melalui proses pemisahan isotop. Uranium murni mengandung 99.284% isotop U, dan U hanya sekitar 0.711% berat saja.U adalah satu-satunya nuklida yang bersifat fisil dengan neutron termal.
Pengayaan uranium adalah komponen penting dalam pembangkit listrik tenaga nuklir dan senjata nuklir. Badan Tenaga Atom Internasional mencoba memonitor dan mengontrol proses dan produksinya untuk memastikan keamanan pembangkitan energi nuklir dan mencegah proliferasi nuklir.
Selama Proyek Manhattan dilaksanakan, proses pengayaan uranium ini mempunyai kode rahasia oralloy, singkatan dari Oak Ridge alloy, lokasi tempat proses ini dilakukan. Ada sekitar 2000 ton "highly enriched uranium" di dunia, digunakan untuk senjata nuklir, penggerak kapal berbahan bakar nuklir, dan sejumlah kecil untuk reaktor penelitian.
U yang tersisa ssetelah proses pengayaan disebut sebagai uranium terdeplesi, dan lebih rendah keradioaktifannya dibandingkan uranium murni, meski begitu tetap saja sangat berbahaya. Saat ini, 95% dari uranium terdeplesi yang ada di dunia disimpan di tempat penyimpanan yang aman.
"Slightly enriched uranium" (SEU) memiliki konsentrasi U 0.9% sampai 2%. Kelas baru ini dapat menggantikan uranium alami (NU) dalam beberapa reaktor air berat seperti CANDU. Bahan bakar yang dirancang dangan SEU bisa memberikan manfaat tambahan berupa perbaikan keamanan atau fleksibilitas operasional, biasanya manfaat dipertimbangkan di area aman sementara tetap mempertahankan sampul operasional. Perbaikan keamanan bisa
menurunkan umpan balik reaktivitas positif seperti koefisien kebatalan reaktivitas. Perbaikan operasional akan terdiri dalam meningkatkan pembakaran bahan bakar yang memungkinkan pengurangan biaya bahan bakar karena lebih sedikit uranium dan bundel yang diperlukan untuk bahan bakar reaktor. Hal ini pada gilirannya mengurangi jumlah bahan bakar yang digunakan dan biaya manajemen berikutnya.
"Reprocessed uranium" (RepU) adalah produk siklus bahan bakar nuklir yang melibatkan proses daur ulang terhadap bahan bakar bekas. RepU yang pulih dari bahan bakar bekas reaktor air ringan (LWR) biasanya mengandung sedikit lebih banyak U-235 dari uranium alami, dan karena itu dapat digunakan untuk bahan bakar reaktor yang lazim menggunakan uranium alami sebagai bahan bakar, seperti reaktor CANDU. RepU
juga berisi isotop uranium-236 yang tidak diinginkan yang ditangkap neutron, membuang-buang neutron (dan membutuhkan pengayaan U-235 yang lebih tinggi) dan menciptakan neptunium-237 yang akan menjadi salah satu radionuclides yang lebih dapat bergerak bebas dan mengganggu repositori geologi pembuangan limbah nuklir.
"Low enriched uranium" (LEU) memiliki konsentrasi U lebih rendah dari 20%. Untuk digunakan dalam reaktor air ringan (LWR) komersial, reaktor listrik paling lazim di dunia, uranium diperkaya 3% sampai 5% U. LEU segar yang digunakan di reaktor penelitian biasanya diperkaya 12% sampai 19.75% U, konsentrasi kedua yang digunakan untuk menggantikan bahan bakar HEU ketika mengkonversi LEU.
"Highly enriched uranium" (HEU) memiliki konsentrasi U atau U lebih dari 20%. Fisi uranium di senjata nuklir primer biasanya berisi 85% atau lebih U yang dikenal sebagai weapon (s)-grade, meskipun secara teoretis untuk desain implosi, minimal 20% bisa (disebut weapon (s)-usable) walaupun hal itu akan memerlukan ratusan kilogram bahan dan "tidak akan praktis untuk desain"; pengayaan lebih rendah
mungkin secara hipotesis, tetapi sebagai pengayaan persentase pengurangan massa kritis untuk moderator neutron cepat meningkat, dengan misalnya, massa tak terbatas 5.4% U diperlukan. Untuk percobaan kritis, pengayaan uranium lebih dari 97% telah dicapai.
Bom atom pertama Little Boy dijatuhkan oleh Amerika Serikat di Hiroshima pada tahun 1945, menggunakan 64 kilogram uranium yang diperkaya 80%. Membungkus senjata fisil utama dalam sebuah reflektor neutron (yang merupakan standar pada semua bahan peledak nuklir) dapat secara dramatis mengurangi massa kritis. Karena inti dikelilingi oleh sebuah reflektor neutron yang baik, ledakan itu terdiri dari hampir 2.5 kali
massa kritis. Reflektor neutron, mengompresi inti fisi melalui ledakan, peningkatan fisi dan "tamping", yang memperlambat perluasan inti fisi dengan inersia, memungkinkan desain senjata nuklir menggunakan kurang dari apa yang akan menjadi massa kritis satu bola dalam kepadatan normal. Kehadiran terlalu banyak isotop U menghambat pelarian reaksi nuklir berantai yang bertanggung jawab atas kekuatan senjata.