Uranyum zenginleştirmesi, uranyumdaki 235U izotopunun fraksiyonunu arttıran teknolojik bir süreçtir. Sonuç olarak, doğal uranyum zenginleştirilmiş uranyum ve tükenmiş uranyuma bölünür.
Doğal uranyum üç uranyum izotopu içerir: 238U (kütle payı% 99.2745), 235U (% 0.72 pay) ve 234U (% 0.0055 pay). İzotop 238U, nadir 235U’dan farklı olarak bağımsız nükleer zincir reaksiyonu sağlayamayan nispeten stabil bir izotoptur. Şu anda, 235U nükleer reaktör teknolojileri ve nükleer silah zincirinde birincil fisyon malzemesidir. Bununla birlikte, birçok uygulama için doğal uranyumdaki izotop 235U’nun oranı küçüktür ve nükleer yakıtın hazırlanması genellikle uranyum zenginleştirme aşamasını içerir.
Bir zincir nükleer reaksiyonu, parçalanmış uranyum atomundan en az bir nötronun başka bir atom tarafından yakalanacağını ve buna göre parçalanmanın diğer bir parçalanmaya neden olacağını ima eder. İlk yaklaşımda, bu, nötronun, reaktörden ayrıldığından önceki 235U atomuna “çarpması” gerektiği anlamına gelir. Bu nedenle, uranyum ile tasarım yeterince kompakt olmalıdır, ancak böyle bir durumda nötron için bir sonraki uranyum atomunu bulma olasılığı yeterince yüksektir. Ancak reaktör çalışmaya devam ettikçe, 235U yavaş yavaş yanar, bu da nötron ve 235U atomunu karşılama olasılığını azaltır, bu da bu olasılığın belli bir sınırını reaktörlerde zorlar. Buna göre, 235U’luk nükleer yakıttaki düşük pay, aşağıdakilere neden olmaktadır:
daha büyük bir reaktör hacmi, böylece nötron reaktörde daha uzun süre kalabilir;
Bir nötron ve bir uranyum atomunun çarpışma olasılığını arttırmak için reaktör hacminin daha büyük bir kısmı yakıtla doldurulmalıdır;
Daha sık olarak, reaktörde 235U belirtilen yığın yoğunluğunu korumak için yakıtı yeniden taze olarak yeniden yüklenmesi gerekir;
Harcanan yakıtta değerli 235U payı.
Nükleer teknolojilerin geliştirilmesi sürecinde, yakıtta 235U içeriğinin, yani uranyum zenginleştirilmesinin artmasını gerektiren ekonomik ve teknolojik olarak optimal çözümler bulunmuştur.
Nükleer silahlarda, zenginleştirme sorunu da hemen hemen aynıdır: nükleer bir patlamanın en kısa zamanda en fazla 235 U atomunun nötronu bulması, yanması ve enerjiyi tahsis etmesi gerekir. Bunu yapmak için, zenginleştirmeyi sınırlamak için elde edilebilen 235U atomlarının oldukça yüksek bir yoğunlukta olması gerekmektedir.
