El uranio enriquecido es uranio con un alto porcentaje del isótopo U-235, que solo constituye alrededor del 72% del uranio natural. El uranio normal se conoce como U-238, donde el número significa la cantidad de nucleones (protones y neutrones) en su núcleo atómico. El U-235 tiene una cantidad desigual de protones y neutrones, lo que lo hace ligeramente inestable y susceptible a la fisión (división) de los neutrones térmicos. Lograr que el proceso de fisión se desarrolle como una reacción en cadena es la base de la energía nuclear y las armas nucleares.
Debido a que el U-235 tiene propiedades químicas idénticas al uranio normal y es solo un 1.26% más liviano, separar los dos puede ser todo un desafío. Los procesos suelen ser bastante intensivos en energía y costosos, por lo que solo unos pocos países han podido lograrlo a escala industrial hasta ahora. Para producir uranio apto para reactores, se requieren porcentajes de U-235 del 3 al 4%, mientras que el uranio apto para armas debe consistir en un 90% de U-235 o más. Existen al menos nueve técnicas para la separación de uranio, aunque algunas definitivamente funcionan mejor que otras.
Durante la Segunda Guerra Mundial, en los Estados Unidos, cuando los investigadores buscaban por primera vez la separación de isótopos, se utilizaron una serie de técnicas. La primera etapa consistió en difusión térmica. Al introducir un gradiente de temperatura delgado, los científicos podrían atraer partículas de U-235 más ligeras hacia una región de calor y moléculas de U-238 más pesadas hacia una región más fría. Esto fue solo la preparación del material de alimentación para la siguiente etapa, la separación de isótopos electromagnéticos.
La separación de isótopos electromagnéticos implica vaporizar uranio y luego ionizarlo para producir iones con carga positiva. A continuación, el uranio ionizado se aceleró al doblar mediante un fuerte campo magnético. Los átomos de U-235 más ligeros se desviaron un poco más, mientras que los átomos de U-238 se desviaron un poco menos. Repitiendo este proceso muchas veces, el uranio podría enriquecerse. Esta técnica se utilizó para fabricar parte del uranio enriquecido para la bomba Little Boy, que destruyó Hiroshima.
Durante la Guerra Fría, se abandonó la separación de isótopos electromagnéticos en favor de la técnica de enriquecimiento por difusión gaseosa. Este enfoque empujó el gas hexafluoruro de uranio a través de una membrana semipermeable, que separó ligeramente los dos isótopos entre sí. Al igual que la técnica anterior, este proceso habría tenido que realizarse muchas veces para aislar una cantidad sustancial de U-235.
Las técnicas de enriquecimiento modernas utilizan centrifugadoras. Los átomos de U-235 más ligeros empujan ligeramente hacia las paredes exteriores de las centrifugadoras, concentrándolos donde pueden ser extraídos. Como todas las otras técnicas, debe realizarse muchas veces para que funcione. Los sistemas completos que purifican el uranio de esta manera utilizan muchas centrifugadoras y se denominan cascadas de centrifugado. La centrífuga Zippe es una variante más avanzada de la centrífuga tradicional que utiliza calor y fuerza centrífuga para separar el isótopo.
Otras técnicas de separación de uranio incluyen procesos aerodinámicos, varios métodos de separación por láser, separación de plasma y una técnica química, que aprovecha una diferencia muy leve en la propensión de los dos isótopos a cambiar la valencia en las reacciones de oxidación / reducción.