铀是自然界中一种稀有的化学元素，具有放射性。根据国际原子能机构的定义，丰度为3%的铀235为核电站发电用低浓缩铀，丰度超过80%的铀为高浓缩铀，其中丰度超过90%的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。
浓缩铀是指经过同位素提炼后铀235含量超过90%的铀金属，与贫铀相对。
浓缩铀对于和平利用核能和制造核武器都是必要的。因此，国际原子能机构希望控制全球所有铀浓缩活动，以防止核武器扩散。
根据铀235含量的不同，可分为高浓缩铀(HEU)(20%以上)、低浓缩铀(Leu) (2%-20%)和微浓缩铀(SEU) (0.9%-2%)。根据铀235含量的不同，可分为高浓缩铀(HEU)(20%以上)、低浓缩铀(Leu) (2%-20%)和微浓缩铀(SEU) (0.9%-2%)。如果铀235的含量超过85%，就称为武器级浓缩铀，可以直接用来制造原子弹。
基本情况
铀是自然界中一种稀有的化学元素，具有放射性。根据国际原子能机构的定义，丰度为3%的铀235为核电站发电用低浓缩铀，丰度超过80%的铀为高浓缩铀，其中丰度超过90%的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。获取铀是一个非常复杂的系列过程，包括探矿、采矿、选矿、浸出、冶炼和提炼，其中浓缩分离是最后一道工序，对科学技术要求很高。需要200吨铀矿石才能获得1公斤武器级铀235。由于涉及核武器，铀浓缩技术是一项敏感技术，国际社会禁止扩散。目前，除了几个核大国外，日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根廷等国都掌握了铀浓缩技术。浓缩铀通常用气体离心机提纯，而气体离心机是关键设备。因此，美国等国家通常以拥有这种设备作为判断一个国家是否从事核武器研究的标准。
目前的核电站使用铀核燃料。铀有12种同位素(U-226 ~ U-240)。其中铀-234不会发生核裂变，铀-238在正常情况下也不会发生核裂变，而铀-235这种同位素原子却很容易发生核裂变。换句话说，铀-235实际上是作为核燃料使用的。但从矿山开采出来的铀中，铀-235的含量很低，仅占0.64%，大部分是铀-238，占99.2%。这相当于我们的煤饼厂或者炼油厂。产生的煤饼大部分是淤泥，不能燃烧。根据研究结果，铀核燃料中铀-235的含量必须达到3%以上才能燃烧。因此，开采出来的铀与开采出来的煤不同，可以直接用作燃料。在用作燃料之前，它需要被净化和浓缩。
精炼技术
完善理论基础
提纯浓缩铀-235含量的技术是复杂的，因为元素的各种同位素就像“孪生姐妹”一样，在物理和化学性质上都非常相似。通常的物理或化学净化方法效果不大，但成本高。目前用于提纯铀-235的方法主要有气体扩散法、离子交换法、气体离心法、蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等。其中气体扩散法最为成熟，用于制造第一颗原子弹的铀核材料就是用这种方法制成的。这些提纯方法工艺流程复杂，建厂投资高，运行能耗高。而且产量低，生产出来的铀核燃料成本高。因此，科学家们一直在寻找新的提纯方法。现在，激光科学家提出用激光进行提纯。也许这种方法可以大大降低生产铀燃料的成本。
激光提纯和富集铀-235的主要依据是激光优良的单色性和各同位素原子的同位素光谱位移。每个同位素核所含的中子数不一样，它们的能级就是所谓的同位素位移，发出的光辐射波长也不一样。当然，差别很小。而激光的单色性很好，可以激发其中一个原子与某些同位素原子发出的光波长相同，而不会一起激发其他同位素原子。也就是说，可以用激光将各种同位素原子中的一种激发到高能态，或者将其原子电离。电离的同位素原子可以被电场从同位素混合物中“拉”出来，收集后就可以得到这种同位素。如果把这种同位素的原子激发到高能级，我们可以利用高能级原子和基态原子的不同活性参与化学反应，通过化学反应把它分离出来。
用激光提纯浓缩铀-235的方法优于现有方法，可以大大简化生产设备，降低生产成本。据科学家估算，生产投资仅为气体扩散法的1/2左右，生产过程中消耗的能源仅为气体扩散法的1/10左右。因此，世界各国都非常重视这种铀核燃料生产技术的发展。自1977年以来，美国一直在研究用激光提纯浓缩铀燃料，从原理上证明了这种方法的可行性。1982年，美国能源部决定在未来使用激光生产铀核燃料。
技术路线图
用激光提纯浓缩铀-235的技术路线有两条:一条叫原子法，一条叫分子法。原子提纯所用的原料是提炼铀矿得到的铀块。首先将铀块在炉中加热到高温，形成铀原子蒸气，其中含有铀元素同位素的原子，如铀-234、铀-235和铀-238。然后用可见光波段的激光(如铜蒸气激光器泵浦的染料激光器)照射铀原子蒸气。调整激光器的输出波长，使其落在铀-235的原子吸收线中心，可以独立激发或电离。然后可以用其他物理方法从同位素铀混合气体中分离出铀-235原子。这个技术路线现在已经比较成熟，达到了生产应用阶段。分子法使用的原料是铀的分子化合物(如六氟化铀)。
用中红外波段的激光(例如波长为16微米的激光)照射这种化合物，所选择的激光波长正好激发(或电离)铀-235这种化合物的分子，然后用原子法中使用的物理或化学方法从混合物中分离出含铀-235的分子化合物，再对含铀-235的分子化合物进行化学分解反应，就可以得到铀-235。这条技术路线还没有到生产阶段，但从发展潜力来看，分子法优于原子法。一方面，分子分离所用的原料是铀的分子化合物，原料来源丰富；其次，分离过程中不需要加热，而原子法则需要加热到2000度以上，使铀原料形成蒸汽。高温铀蒸汽具有很强的腐蚀性。因此，分子法的生产设备会更简单，生产成本也会相应降低。
净化法
提纯浓缩铀-235含量的技术是复杂的，因为元素的各种同位素就像“孪生姐妹”一样，在物理和化学性质上都非常相似。通常的物理或化学净化方法效果不大，但成本高。目前用于提纯铀-235的方法主要有气体扩散法、离子交换法、气体离心法、蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等。其中气体扩散法最为成熟，用于制造第一颗原子弹的铀核材料就是用这种方法制成的。这些提纯方法工艺流程复杂，建厂投资高，运行能耗高。而且产量低，生产出来的铀核燃料成本高。因此，科学家们一直在寻找新的提纯方法。现在，激光科学家提出用激光进行提纯。也许这种方法可以大大降低生产铀燃料的成本。
激光提纯法
1.基础
激光提纯和富集铀-235的主要依据是激光优良的单色性和各同位素原子的同位素光谱位移。每个同位素核所含的中子数不一样，它们的能级就是所谓的同位素位移，发出的光辐射波长也不一样。当然，差别很小。而激光的单色性很好，可以激发其中一个原子与某些同位素原子发出的光波长相同，而不会一起激发其他同位素原子。也就是说，可以用激光将各种同位素原子中的一种激发到高能态，或者将其原子电离。电离的同位素原子可以被电场从同位素混合物中“拉”出来，收集后就可以得到这种同位素。如果把这种同位素的原子激发到高能级，我们可以利用高能级原子和基态原子的不同活性参与化学反应，通过化学反应把它分离出来。
用激光提纯浓缩铀-235的方法优于现有方法，可以大大简化生产设备，降低生产成本。据科学家估算，生产投资仅为气体扩散法的1/2左右，生产过程中消耗的能源仅为气体扩散法的1/10左右。因此，世界各国都非常重视这种铀核燃料生产技术的发展。自1977年以来，美国一直在研究用激光提纯浓缩铀燃料，从原理上证明了这种方法的可行性。1982年，美国能源部决定在未来使用激光生产铀核燃料。
2.技术路线
用激光提纯浓缩铀-235的技术路线有两条:一条叫原子法，一条叫分子法。原子提纯所用的原料是提炼铀矿得到的铀块。首先将铀块在炉中加热到高温，形成铀原子蒸气，其中含有铀元素同位素的原子，如铀-234、铀-235和铀-238。然后用可见光波段的激光(如铜蒸气激光器泵浦的染料激光器)照射铀原子蒸气。调整激光器的输出波长，使其落在铀-235的原子吸收线中心，可以独立激发或电离。然后可以用其他物理方法从同位素铀混合气体中分离出铀-235原子。这个技术路线现在已经比较成熟，达到了生产应用阶段。分子法使用的原料是铀的分子化合物(如六氟化铀)。用中红外波段的激光(例如波长为16微米的激光)照射这种化合物，所选择的激光波长正好激发(或电离)铀-235这种化合物的分子，然后用原子法中使用的物理或化学方法从混合物中分离出含铀-235的分子化合物，再对含铀-235的分子化合物进行化学分解反应，得到铀-235。这条技术路线还没有到生产阶段，但从发展潜力来看，分子法优于原子法。一方面，分子分离所用的原料是铀的分子化合物，原料来源丰富；其次，分离过程中不需要加热，而原子法则需要加热到2000度以上，使铀原料形成蒸汽。高温铀蒸汽具有很强的腐蚀性。因此，分子法的生产设备会更简单，生产成本也会相应降低。
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