Uranium
Isotop > Pengayaan

Artikel utama: Uranium yang diperkaya
Di alam, uranium ditemukan sebagai uranium-238 (99,2742%) dan uranium-235 (0,7204%). Pemisahan isotop memusatkan (memperkaya) uranium-235 yang fisil untuk senjata nuklir dan sebagian besar pembangkit listrik tenaga nuklir, kecuali untuk reaktor berpendingin gas dan reaktor air berat bertekanan. Sebagian besar neutron yang dilepaskan oleh pemfisian atom uranium-235 harus berdampak pada atom uranium-235 lainnya untuk mempertahankan reaksi rantai nuklir. Konsentrasi dan jumlah uranium-235 yang dibutuhkan untuk mencapai ini disebut 'massa kritis'.
Untuk dianggap 'diperkaya', fraksi uranium-235 harus antara 3% dan 5%. Proses ini menghasilkan uranium dalam jumlah besar, yang merupakan uranium-235 terdeplesi dan dengan fraksi uranium-238 yang meningkat, yang disebut uranium terdeplesi atau 'DU'. Untuk dianggap 'terdeplesi', konsentrasi isotop uranium-235 tidak boleh lebih dari 0,3%. Harga uranium telah meningkat sejak tahun 2001, sehingga tailing pengayaan yang mengandung lebih dari 0,35% uranium-235 sedang dipertimbangkan untuk pengayaan ulang, mendorong harga uranium heksafluorida terdeplesi di atas AS$130 per kilogram pada Juli 2007 dari AS$5 pada tahun 2001.
Proses sentrifugasi gas, di mana gas uranium heksafluorida (UF6) dipisahkan oleh perbedaan berat molekul antara 235UF6 dan 238UF6 menggunakan pemusing berkecepatan tinggi, merupakan proses pengayaan termurah dan terdepan. Proses difusi gas telah menjadi metode utama untuk pengayaan dan digunakan dalam Proyek Manhattan. Dalam proses ini, uranium heksafluorida berulang kali terdifusi melalui membran perak-seng, dan berbagai isotop uranium dipisahkan oleh laju difusi (karena uranium-238 lebih berat, ia berdifusi sedikit lebih lambat daripada uranium-235). Metode pemisahan isotop laser molekuler (MLIS) menggunakan sinar laser berenergi tepat untuk memutuskan ikatan antara uranium-235 dan fluorin. Ini membuat uranium-238 terikat pada fluorin dan memungkinkan logam uranium-235 mengendap dari larutan. Metode pengayaan laser alternatif dikenal sebagai pemisahan isotop laser uap atom (AVLIS) dan menggunakan laser yang dapat diatur yang dapat terlihat seperti laser pewarna. Metode lain yang digunakan adalah difusi termal cair.
Satu-satunya penyimpangan yang signifikan dari rasio 235U terhadap 238U dalam sampel alami yang diketahui terjadi di Oklo, Gabon, di mana reaktor fisi nuklir alami mengonsumsi sebagian dari 235U sekitar dua miliar tahun yang lalu ketika rasio 235U terhadap 238U lebih mirip dengan uranium yang diperkaya rendah yang memungkinkan air biasa ("ringan") untuk bertindak sebagai moderator neutron mirip dengan proses dalam reaktor air ringan buatan manusia. Adanya reaktor fisi alami yang telah diprediksi secara teoretis sebelumnya terbukti dengan ditemukannya sedikit penyimpangan konsentrasi 235U dari nilai yang diperkirakan selama pengayaan uranium di Prancis. Investigasi selanjutnya untuk mengesampingkan tindakan jahat manusia (seperti pencurian 235U) mengkonfirmasi teori itu dengan menemukan rasio isotop produk fisi umum (atau lebih tepatnya nuklida anak stabil mereka) sejalan dengan nilai yang diperkirakan untuk fisi tetapi menyimpang dari nilai yang diharapkan untuk sampel turunan non-fisi dari unsur-unsur tersebut.