Pengayaan uranium
Unit Kerja Bahan Baku dan Pemisah

Bahan baku untuk pengayaan terdiri dari uranium heksafluorida (UF6) dari pabrik konversi. Setelah pengayaan, dua aliran UF6 terbentuk: 'produk' yang diperkaya yang mengandung konsentrasi U-235 yang lebih tinggi yang akan digunakan untuk membuat bahan bakar nuklir, dan 'ekor' yang mengandung konsentrasi U-235 yang lebih rendah, dan dikenal sebagai uranium terdeplesi (DU). Uji ekor (konsentrasi U-235) merupakan kuantitas penting karena secara tidak langsung menentukan jumlah pekerjaan yang perlu dilakukan pada kuantitas uranium tertentu untuk menghasilkan uji produk tertentu. Bahan baku mungkin memiliki konsentrasi U-235 yang bervariasi, tergantung pada sumbernya. Uranium alami akan memiliki konsentrasi U-235 sekitar 0,7%, sedangkan uranium daur ulang akan berada di sekitar 1% dan ekor untuk pengayaan ulang sering kali sekitar 0,25-0,30%.
Kapasitas pabrik pengayaan diukur dalam satuan 'unit kerja terpisah' atau SWU. SWU adalah satuan kompleks yang menunjukkan masukan energi relatif terhadap jumlah uranium yang diproses, tingkat pengayaannya (yaitu tingkat peningkatan konsentrasi isotop U-235 relatif terhadap sisanya) dan tingkat penipisan sisanya – disebut 'tailing'. Satuannya adalah: kilogram unit kerja terpisah, dan mengukur kuantitas kerja terpisah yang dilakukan untuk memperkaya sejumlah uranium tertentu dengan jumlah tertentu ketika kuantitas umpan dan produk dinyatakan dalam kilogram. Satuan 'ton SWU' juga digunakan.
Misalnya, untuk memproduksi satu kilogram uranium yang diperkaya hingga 5% U-235 dibutuhkan 7,9 SWU jika pabrik dioperasikan pada kadar tailing 0,25%, atau 8,9 SWU jika kadar tailing 0,20% (dengan demikian hanya dibutuhkan 9,4 kg, bukan 10,4 kg umpan U alami). Selalu ada trade-off antara biaya kadar SWU pengayaan dan biaya uranium.
Saat ini, 5% U-235 adalah tingkat pengayaan maksimum untuk bahan bakar yang digunakan dalam reaktor daya normal. Namun, terutama terkait dengan desain reaktor kecil yang baru, ada peningkatan minat pada tingkat pengayaan yang lebih tinggi. Komisi Pengaturan Nuklir AS telah menyetujui amandemen lisensi bagi Urenco USA untuk memperkaya hingga 5,5% U-235, dan berencana untuk mengajukan batas 10% pada tahun 2023. Pabrik Capenhurst milik Urenco di Inggris memiliki lisensi untuk memperkaya hingga 6%. Global Nuclear Fuel-Americas, pembuat bahan bakar GE Hitachi, telah mengajukan permohonan untuk menggunakan uranium yang diperkaya 8%. Orano mengatakan pada pertengahan tahun 2021 bahwa mereka sedang bersiap untuk mencapai 6% pada tahun 2023 dan merencanakan batas lisensi sebesar 10%. Pabrik Wilmington North Carolina yang direncanakan milik Global Laser Enrichment (lihat di bawah) memiliki lisensi untuk memperkaya hingga 8%. Rosatom telah mengatakan bahwa mereka dapat menyediakan tingkat pengayaan yang lebih tinggi dari 5%. Centrus di AS mendapat lisensi pada pertengahan 2021 untuk memproduksi hingga 600 kg per tahun LEU dengan pengujian tinggi hingga 20% di pabrik sentrifus kecilnya.
LEU dengan uji kadar tinggi (HALEU) adalah antara 5% dan 20% U-235, dan kadar yang lebih tinggi dalam kisaran ini diperlukan untuk beberapa bahan bakar reaktor daya tingkat lanjut. Beberapa permintaan kecil sudah ada untuk reaktor penelitian. Namun bahan bakar HALEU tersebut paling baik diproduksi di lokasi tempat bahan bakar tersebut diubah dari fluorida dan dibuat menjadi bahan bakar, untuk menghindari perlunya paket transportasi khusus untuk HALEU UF 6. Untuk kadar pengayaan hingga 10%, yang disebut LEU+, wadah transportasi yang ada dapat dimodifikasi. Di atas 10%, HALEU memerlukan keamanan fisik yang ditingkatkan dan perizinan yang berbeda.
Peningkatan upaya yang relatif kecil yang diperlukan untuk mencapai peningkatan dari tingkat normal adalah alasan mengapa pabrik pengayaan dianggap sebagai teknologi sensitif dalam kaitannya dengan pencegahan proliferasi senjata, dan diawasi dengan sangat ketat berdasarkan perjanjian internasional. Ketika pengawasan pengamanan ini terganggu atau terhalang, seperti di Iran, timbul kekhawatiran.
Sekitar 140.000 SWU diperlukan untuk memperkaya muatan bahan bakar tahunan untuk reaktor air ringan 1000 MWe pada tingkat pengayaan yang lebih tinggi saat ini. Biaya pengayaan sebagian besar terkait dengan energi listrik yang digunakan. Proses difusi gas menghabiskan sekitar 2500 kWh (9000 MJ) per SWU, sementara pabrik sentrifus gas modern hanya membutuhkan sekitar 50 kWh (180 MJ) per SWU.
Pengayaan mencakup hampir setengah dari biaya bahan bakar nuklir dan sekitar 5% dari total biaya listrik yang dihasilkan. Di masa lalu, pengayaan juga mencakup dampak gas rumah kaca utama dari siklus bahan bakar nuklir, di mana listrik yang digunakan untuk pengayaan dihasilkan dari batu bara. Namun, pengayaan hanya berjumlah 0,1% dari karbon dioksida dari pembangkitan listrik bertenaga batu bara yang setara jika pabrik sentrifus gas modern digunakan.
Perusahaan utilitas yang membeli uranium dari tambang membutuhkan uranium yang diperkaya dalam jumlah tetap untuk membuat bahan bakar yang akan dimuat ke reaktor mereka. Jumlah uranium yang harus mereka suplai ke perusahaan pengayaan ditentukan oleh tingkat pengayaan yang dibutuhkan (% U-235) dan uji tail (juga % U-235). Ini adalah uji tail yang dikontrak atau transaksional, dan menentukan berapa banyak uranium alam yang harus dipasok untuk membuat sejumlah Produk Uranium yang Diperkaya (EUP) – uji tail yang lebih rendah berarti lebih banyak layanan pengayaan (terutama energi) yang harus diterapkan. Namun, pengaya memiliki beberapa fleksibilitas sehubungan dengan uji tail operasional di pabrik. Jika uji tail operasional lebih rendah dari uji yang dikontrak/transaksional, pengaya dapat menyisihkan sebagian uranium alam surplus, yang bebas untuk dijual (baik sebagai uranium alam atau sebagai EUP) atas namanya sendiri.
Hal ini dikenal sebagai underfeeding.* Perusahaan utilitas semakin berupaya mengendalikan fleksibilitas operasi ini dalam kontrak, dan mereka sendiri mendapatkan sebagian manfaat dari underfeeding. Situasi sebaliknya, di mana uji ekor operasional lebih tinggi, mengharuskan pengayaan untuk menambah uranium alam yang dipasok oleh utilitas dengan sebagian uraniumnya sendiri – ini disebut pemberian pakan berlebih.
Mengenai kekurangan pasokan (atau kelebihan pasokan), pengayaan akan mendasarkan keputusannya pada ekonomi pabrik bersama dengan harga uranium dan energi.  Laporan Bahan Bakar Nuklir 2021 dari Asosiasi Nuklir Dunia memperkirakan bahwa dengan kekurangan pasokan, pengayaan berpotensi menyumbang lebih dari 6000 tU/tahun ke pasar dunia hingga 2025 berdasarkan uji tailing khas Barat sebesar 0,22%, sebagian besar potensi ini di Rusia, di mana uji tailing biasanya sebesar 0,10% U-235.
Dengan berkurangnya permintaan uranium yang diperkaya setelah kecelakaan Fukushima, pabrik pengayaan terus beroperasi, karena mahalnya biaya untuk mematikan dan menghidupkan kembali sentrifus. Kelebihan hasil SWU dapat dijual, atau pabrik dapat kekurangan pasokan sehingga pengayaan berakhir dengan kelebihan uranium untuk dijual, atau dengan produk yang diperkaya untuk persediaannya sendiri dan penjualan selanjutnya. Dengan demikian, inersia proses pengayaan memperburuk kelebihan pasokan di pasar uranium dan menekan harga SWU (dari $160/SWU pada tahun 2010, harga spot pada Maret 2016 adalah $60, dan $92 pada Maret 2022).
Uranium alami biasanya dikirim ke pabrik pengayaan dalam tabung tipe 48Y, yang masing-masing berisi sekitar 12,5 ton uranium heksafluorida (8,4 tU). Tabung-tabung ini kemudian digunakan untuk penyimpanan DU jangka panjang, biasanya di lokasi pengayaan. Uranium yang diperkaya dikirim dalam tabung tipe 30B, yang masing-masing berisi 2,27 t UF6 (1,54 tU).