Rad izvršen u sistemu za obogaćivanje prilikom promjene koncentracije izotopa izražava se u jedinicama separacijskog rada (SWU – Separative Work Unit). Kapacitet postrojenja za obogaćivanje ne izražava se u količini (masi) obogaćenog urana zbog više varijabli i međuovisnih faktora – stupanj separacije ili postotak obogaćenja te postotak fisibilnog izotopa u jalovini (tally assay). Oko 120000 kg SWU potrebno je godišnje za nuklearnu elektranu snage 1000 MWe

Status i karakteristike metoda za obogaćivanje urana

	Plinske difuzije	Plinske centrifuge	Plinske sapnice	Kemijska izmjena	Lasersko odvajanje
Separacijski faktor	1,004	1,2 - 1,5	1,01 - 1,02	1,02	do 70
Potrošnja energije kwh/kgSWU	2500	50	3000	800	40 Avlis 30 MLIS ? Silex
Ekonomski optimum (vel.)	Vrlo velik	Velik	Fleksibilan	Malen	Vrlo fleksibilan
Krađa materijala	Vrlo velika	Niska	Srednje	Vrlo velika	Nema
Prednosti	Pouzdana i dokazana tehnologija	Niska potrošnja energije, radna fleksibilnost	Fleksibilna veličina postrojenja	Niska proliferabilnost	Bez jalovine, niska potrošnja energije
Nedostaci	Veličina postrojenja, velika mogućnost krađe materijala, vrlo visoka potrošnja energije	Veliki zahtjevi za održavanjem	Nedostatak iskustva, visoka potrošnja energije	Nisko obogaćenje, velika mogućnost krađe, malen kapacitet	Visoka proliferabilnost
Postojeći kapaciteti	SAD, Francuska	Rusija, Japan, SAD, NR Kina, Pakistan, Nizozemska, VB, Njemačka, Iran, Indija, Brazil	Ovisnost o lokaciji
U izgradnji		Francuska, SAD

Difuzijska metoda temelji se na pojavi da prolaz molekula plina kroz poroznu membranu ovisi o njihovoj brzini. Uran se najprije prevede u formu uranovog-heksafluorida, (UF₆) i prevede u plinovito stanje. Prosječna brzina molekula uranovog-heksafluorida s lakšim uranovim izotopom ²³⁵U veća je nego u slučaju izotopa ²³⁸238U te zbog toga kroz membranu prolazi više molekula s lakšim izotopom. Međutim, razlika u masi izotopa nije velika te je zbog slabog učinka potreban veliki broj prolazaka kroz membrane pa se stoga komore s membranama vežu u kaskade. Instalacije su složene – i zbog potrebnog broja komora i zbog kompresije plina na ulaznim stranama membrana. Uz nizak separacijski faktor, druga loša karakteristika ove metode je vrlo visoka potrošnja energije. Zbog toga se udio obogaćenog urana dobiven pomoću difuzijske metode na tržištu značajno smanjio. 2010. godine u SAD-u predviđa se zatvaranje svih postrojenja za obogaćivanje urana koji koriste metodu plinske difuzije. U tablici su dani podaci za potrebnu masu prirodnog urana i iznosu separacijskog rada za dobivanje 1 kg obogaćenog urana (obogaćenja e) za različite rezidualne koncentracije. Iznos rezidualnog obogaćenja ovisi o tržišnim uvjetima: cijene prirodnog urana i cijene SWU-a.

Masa prirodnog urana i separacijskog rada ovisno o konačnom i rezidualnom obogaćenju

	Masa prirodnog urana po kg obogaćenog urana			Separacijski rad po kg obogaćenog urana
e (%)	Rezidualno obogaćenje (%)			Rezidualno obogaćenje (%)
	0,2	0,25	0,3	0,2	0,25	0,3
0,711	1,000	1,000	1,000	0,000	0,000	0,000
0,8	1,174	1,193	1,217	1,104	0,085	0,070
0,9	1,370	1,410	1,460	0,236	0,195	0,163
1	1,566	1,627	1,703	0,380	0,318	0,269
1,5	2,544	2,711	2,920	1,227	1,056	0,923
1,6	2,740	2,928	3,163	1,413	1,221	1,070
1,7	2,935	3,145	3,406	1,603	1,389	1,222
1,8	3,131	3,362	3,650	1,797	1,562	1,377
1,9	3,327	3,579	3,893	1,994	1,737	1,536
2	3,523	3,796	4,136	2,194	1,915	1,697
2,5	4,501	4,881	5,353	3,229	2,842	2,540
3	5,479	5,965	6,569	4,306	3,811	3,425
3,5	6,458	7,050	7,786	5,414	4,811	4,339
4	7,436	8,134	9,002	6,544	5,832	5,276
4,5	8,415	9,219	10,219	7,690	6,871	6,231
5	9,393	10,304	11,436	8,851	7,923	7,198
93	181,605	201,193	225,547	235,550	215,593	199,991

Shematski prikaz difuzijske metode

Metoda centrifuga danas je dominantna metoda za proizvodnju obogaćenog urana. Prednosti metode su niska potrošnja energije, veći separacijski efekt, ali su zahtjevi za održavanjem veći nego kod difuzijske metode. Princip rada je relativno jednostavan: u rotirajući se cilindar uvodi uranov-heksafluorid u plinovitom stanju. Teže molekule (²³⁸UF₆) zbog veće centrifugalne sile pomiču se dalje od osi rotacije dok bliže osi rotacije ostaje više lakših molekula (²³⁵UF₆). Plin unutar centrifuge nalazi se u dinamičkoj ravnoteži između centrifugalne sile koja potiskuje plin prema stijenci cilindra i difuzijske sile koja nastoji plin jednoliko raspodjeliti unutar volumena rotirajućeg cilindra. U slučaju prisustva dvije vrste molekula (binarna smjesa) različitih masa ravnotežni separacijski faktor α₀ predstavlja razliku koncentracija molekula različitih masa (na vanjskoj stijenci rotirajućeg cilindra) i dan je izrazom

α₀ = exp[(M₂-M₁)v²/(2RT)],

gdje je v obodna brzina rotora, M₂ i M₁ mase molekula, R univerzalna plinska konstanta, a T temperatura plina. Normalno, povratni tok se uspostavlja i lakše molekule grupiraju se u gornjim dijelovima centrifuge, a teže u donjim. Rezultat grupiranja molekula je aksijalni separacijski faktor koji može biti mnogo veći od radijalnog separacijskog faktora. Ukupan separacijski faktor za centrifuge definiran je kao

α = [x_P/(1 - x_P)]/[x_W /(1 - x_W)]

gdje su x_P i x_W koncentracije ²³⁵U u produktu (obogaćenom uranu) i osiromašenom uranu (jalovini). Maksimalni separacijski rad plinske centrifuge dan je jednadžbom

ΔU = (π/2) LρD[(ΔMv²)/(2RT)]².

L je duljina centrifuge, (ρD) je binarni difuzijski koeficijent, a ΔM razlika u masi molekula. Aktualne performanse smanjene su za tzv. faktore iskorištenja koji ovise o obliku toka i i jakosti povratne struje. Iz jednadžbe je vidljivo da performanse centrifuge ovise o obodnoj brzini rotora na četvrtu potenciju, a direktno su proporcionalne duljini centrifuge. Dugačak cilindar koji rotira velikom brzinom postavlja zahtjeve i za izbor materijala za izradu cilindra. Maksimalna obodna brzina dana izrazom v = (σ/ρ)^1/2 , gdje je σ vlačna čvrstoća, a ρ gustoća materijala. Iz jednadžbe je vidljivo da izbor ograničen na lake i čvrste materijale. Kontroliranjem povratne struje optimizira se i efikasnost strujnog profila i separacijski rad pojedine plinske centrifuge. Optimirana raspodjela strujanja dobiva se rješavanjem kompliciranih jednadžbi gibanja iz dinamike fluida.

Centrifuge se izrađuju od različitog materijala, različitih su duljina cilindara, promjera cilindara te radnih brzina. Centrifuge tvrtke USEC u Ohiu visoke su 12 m, Urencove do 5 m, a najviše pakistanske, bazirane na starom Urenco dizajnu, manje su od 2 m. Samostalna centrifuga nije u stanju postići prihvatljivo obogaćenje i brzinu protoka obogaćenog urana te se zbog toga centrifuge spajaju u kaskade. Serijskim spajanjem povećava se nivo obogaćenja, a paralelnim spajanjem povećava se brzina protoka (strujanja) obogaćenog urana. Na slici je shematski prikazana kaskada. Broj centrifuga u retku određen je performansama svake centrifuge i određenim stupnjem obogaćenja.

Količina UF₆ ograničena je tlakom kondenzacije na stijenku cilindra te stoga UF₆ mora ostati u plinovitom stanju jer u protivnom dolazi do disbalansa rotora i pucanja. Maksimalan tlak pri radnoj temperaturi reda veličine je 0,001 bar što odgovara količini plina od nekoliko grama.

Shematski prikaz kaskada

Od poznate četiri laserske metode obogaćivanja urana najviše je uloženo u razvoj sljedeće dvije metode: AVLIS (Atomic Vapor Laser Isotopic Separation) i SILEX (Separation of Isotopes by Laser Excitation).

AVLIS metoda

AVLIS metoda koristi lasere s finim podešavanjem valne duljine izlaznog snopa koji se koristi za selektivnu ionizaciju atoma urana. Apsorpcijske linije ²³⁵U i ²³⁸U razlikuju se za 0,01 nm, (502,73 nm, prema 502,74 nm). Laser se podesi na valnu duljinu od 502,73 nm tako da se tada obavlja pobuđivanje i fotoionizacija samo atoma ²³⁵U. Ionizirani atomi se elektrostatički nakupljaju u kolektoru dok neutralni atomi ²³⁸U prolaze. AVLIS sistem sadržava isparivač i kolektor, koji zajedno čine separacijski sistem, te laserski sistem.
Metoda ima veću energetsku efikasnost nego plinske centrifuge, veći separacijski faktor i manji volumen radioaktivnog otpada. Međutim, 1999, nakon pet godina rada na poboljšanju metode u SAD-u, tvrtka USEC obustavila je AVLIS program. AVLIS metoda shematski je prikazana na slici.

Shema obogaćivanja urana pomoću AVLIS metode

SILEX metoda

Za razliku od AVLIS metode koja koristi metalni uran, SILEX metoda koristi UF₆. Prema navodima iz tvrtke USEC metoda je u ranoj fazi razvoja, a navodno se umjesto elektrostatskog odvajanja iona koristi magnetno. 2003. godine USEC je objavio da će istraživanja nastaviti na metodi centrifuga, a na razvoju metode 2006. godine uključio se GE (General Electric) Energy.

Aerodinamičko obogaćivanje temelji se na centrifugalnoj separaciji pri skretanju mlaza plina. Uranovom-heksafluoridu dodaje se laki plin, He ili H₂, jer je time povećana brzina strujanja plina. Smjesa plinova (UF₆ + H₂) uvodi se u kompresor, a nakon toga u sustav dvostrukog odvajanja. U prvom se separacijskom stupnju odvaja lakši dio, a ostatak toka ponovo dijeli na srednji i teški dio. Srednji se dio ponovo uvodi u kompresor dok se teški dio odvodi u donje nivoe separacijske kaskade.

Optimalni radni tlak separacijskih mlaznica inverzno je proporcionalan njihovoj dimenziji. Zbog ekonomskih razloga poželjno je da je radni tlak što je moguće viši. Zbog toga su dimenzije mlaznica vrlo male: srednji radius separacijskih kanala je oko 0,05 mm dok je tlak na ulazu sistema mlaznica oko 0,5 bar. Metoda ima vrlo visok utrošak energije – oko 3000 kWh/kgSWU, ali je separacijski učinak po kaskadi veći nego kod difuzijske metode.
U Brazilu je bila sagrađena instalacija za obogaćivanje urana metodom dvostrukog odvajanja.

Da bi se izotopi urana odvojili pomoću ove metode metalni se uran mora prevesti u plinovito stanje i nakon toga ionizirati (npr. bombardiranjem elektronima visokih energija). Dobiveni pozitivno naelektrizirani ioni nakon toga se ubrzavaju, a zatim im se pomoću magnetskog polja zakrivljuje putanja. Radius zakrivljenosti putanje ovisan je o masi iona; teži ioni imaju veći radius zakrivljenosti što se koristi za odvajanje izotopa na kolektoru. Budući da su razlike u masi izotopa malene, radiusi iona su vrlo bliski. Visoko obogaćeni uran upotrijebljen u bombi bačenoj na Hiroshimu dobiven je ovom metodom. Danas se elektromagnetsko odvajanje izotopa urana komercijalno ne koristi.

Francuski postupak kemijskog obogaćivanja urana nazvan CHEMEX koristi promjenu valencije (U³⁺ i U⁴⁺) uranovih iona u vodenoj otopini. ²³⁸U je više koncentriran u trovalentnim uranovim spojevima, dok je ²³⁵U koncentriraniji u četverovalentnim spojevima. Uklanjanjem U⁴⁺ iona pomoću organskog otapala nepomiješanog s vodenom otopinom moguće je dobiti obogaćeni uran. Kao sredstvo za ekstrakciju koristi se tributil fosfat.