同位素分离和浓缩

质谱分析

尽管插装通常是有用的分析目的:经过适当的改进，质谱仪也可以用于更大规模的制备几乎任何同位素的纯化样品。第一个是铀235原子弹用特制的质谱仪进行分离。由于操作成本高，这种方法通常仅限于生产几毫克到几克的各种稳定同位素用于科学研究。

蒸馏

同样的因素导致的丰富酒精在上面的蒸汽中，水和酒精的溶液允许同位素的富集。例如，在220°C(428°F)以下的温度下，轻水(¹₁H₂O)蒸发的程度略大于重水（²₁H₂O或D₂O).对含有这两种分子的正常水进行蒸馏，会产生一种略微富集的蒸汽¹₁H₂O.残余液体保留相应的增强重水的浓度。同位素越轻的分子挥发性越强，这通常是事实，但也不总是如此。类似地，液化的蒸馏一氧化碳经过几公里的管道，产生了富含碳的两种稳定同位素中较重的一种的残渣，¹³C。化合物由¹³富含c的物质在某些医学测试中是必需的，比如检测导致溃疡的细菌幽门螺杆菌．

化学交换反应

同位素对一种化学形式的偏好与另一种化学形式的偏好之间的细微差异可以作为分离的基础。的准备氮富含¹⁵离子交换N技术说明了这一原理。氨在水中_3.(aq)会绑定到一个所谓的离子交换树脂(rh)。当把氨溶液倒在垂直的树脂柱上时，氨溶液会在柱的顶部形成一个明确的水平带。溶液的加入碱液(氢氧化钠)会迫使氨带沿着色谱柱向下移动。因为树脂是固定的¹⁵NH_3.比…更顽强¹⁴NH_3.,¹⁴NH_3.倾向于集中在带头，或底部，边缘的带和¹⁵NH_3.在最后的边缘，或最上面的边缘溶液耗尽或浓缩¹⁵N被从色谱柱上冲洗下来。

气体扩散

气体可以通过存在于许多材料中的小孔扩散。的扩散当气体分子从多孔介质壁上反弹时，以随机的方式进行。一个气体分子需要的平均时间遍历这种势垒取决于它的速度和某些其他因素。根据气体动力学理论在一定的温度下，较轻的分子比较重的分子有较大的平均速度。这一结果为广泛应用于生产的分离方法提供了依据铀丰富的随时可裂变物质同位素²³⁵这是核反应堆和核武器所需要的。(天然铀的含量仅为0.7%²³⁵U，其余的同位素混合物几乎完全由²³⁸美国)在分离过程中，天然铀以六氟化铀(UF₆)气体是扩散通过一个多孔的屏障从一个房间的一个隔间到另一个隔间。因为分子²³⁵佛罗里达大学₆以比的速度快的速度运动²³⁸佛罗里达大学₆，它们进入第二个隔层的速度比第二个快。因为百分比²³⁵U在穿过势垒后仅略有增加，该过程必须重复数十万次才能获得所需的同位素浓度。

气体离心

当气体分子的混合物在一个特殊设计的密闭容器中高速旋转时，最重的物质将集中在外壁附近，而最轻的物质将集中在轴附近。美国物理学家杰西·w·比姆斯使用了气体离心机分离同位素，特别是同位素氯这是1936年美国首次举办奥运会。多后续工作重点是分离²³⁵佛罗里达大学₆从²³⁸佛罗里达大学₆为此，气体离心机有望节省大量能源成本。今天，世界上只有不到5%的浓缩铀是用这种方法生产的。气体离心机设施还生产和销售许多其他元素的同位素，以供科学和医疗用途。

光化学富集法

如上所述，同位素吸收的光的频率略有不同。一旦一个原子当它吸收了辐射并达到激发态时，它的化学性质可能会变得与它们在初始或基态时大不相同。某些化学和物理过程- - -失去电子例如，可以从基态中根本不会发生的激发态开始。这一观察结果是同位素分离光化学方法的核心，在这种方法中，光被用来激发一个元素的一个且只有一个同位素。在原子蒸汽激光同位素分离(AVLIS)，起始物质是元素本身;在分子激光同位素分离(MLIS)，起始材料为a化合物包含元素。普通光源不适合同位素分离，因为它们发出激发一种元素的所有同位素的广泛频率范围。因此，AVLIS和MLIS的大规模实施还有待改进激光——在极其狭窄的频带内产生强光的设备。

使用激光分离铀同位素的方法在20世纪最后几十年引起了极大的关注。支持者预见到，与气体扩散装置等相比，这些方法将消耗更少的能源，浪费更少的起始材料。在一些国家，政府资助的研究集中于从普通金属铀开始的工艺。在烤箱中加热时，铀蒸发并以原子的形式逸出梁原子穿过一个小孔。几个大的，高功率的激光调谐到正确的频率照射光束，并引起²³⁵U原子(而不是²³⁸U原子)失去电子。在这种(电离)形式中²³⁵U粒子被吸引并聚集在带电板上。具有讽刺意味的是，就在这项技术走向成熟之际，各种地缘政治因素——相对丰富的化石燃料，来自俄罗斯的武器级铀过剩，核裁军的进展，以及对核反应堆安全和核工业就业机会的担忧——使美国第一个大规模激光浓缩设施闲置美国．即便如此，似乎可以有把握地预测激光分离将在生产核燃料方面发挥作用。

政府和私人实验室都在积极开发其他元素的稀有稳定同位素的激光分离方法。这种同位素在医学和生命科学中有应用。例如，它们可以作为制造所需的放射性同位素的起始材料核医学或者是放在药物上的标签，用来监测药物在患者体内的作用。