转换为钚

的nonfissile铀- 238可以转化为裂变吗钚- 239通过以下核反应:

在这个方程中，铀-238通过吸收一个中子(n)和a的发射量子能量的a伽马射线（γ)，变成同位素铀- 239(越高质量数反映出原子核中多了一个中子)。在一段时间内(23.5分钟)，这放射性同位素失去一个带负电的电子，或者β粒子（β^-）;这种负电荷的损失使原子的正电荷增加了一个质子，从而有效地转化为元素镎(Np;与一个原子序数93个，比铀多一个)。镎239反过来经历β衰变，转化为钚239(原子序数94)。

从辐照核燃料中回收铀和钚的方法广泛采用铀钚提取或Purex加工。在这个溶剂萃取过程中，用化学方法或机械方法去除包裹着核燃料元素(通常由铝、镁或锆合金制成)的燃料包壳，从而去除金属或氧化物燃料溶解在硝酸．钚和铀然后共提取成磷酸三丁酯溶液，而实际上所有的裂变产物和非放射性成分都留在了含水余液中。装载的有机提取物与含有几种可能还原剂中的任何一种的水相接触，以将钚从铀中分离出来，并且铀从磷酸三丁酯溶液中剥离到稀硝酸溶液中。根据需要对分离出来的铀和钚流进行额外的提取条循环，以便从彼此和共同提取的裂变产物锆和钌的痕迹中完成提纯。

纯化的硝酸铀被煅烧成氧化物(UO_3.或者你_3.O₈)后续UF转换₆和铀235含量的浓缩，如上所述。提纯的硝酸钚被转化为二氧化钚年青一代(₂)，可以转化为金属钚(武器级钚)，也可以回收利用核反应堆燃料。与铀一样，金属钚通常是通过卤化盐(四氟化钚或三氟化钚)与金属钙高温还原而获得的。所谓的直接氧化还原过程，其中PuO₂被金属钙还原为金属钚和氧化钙渣:

Reactor-grade铀

用于生产钚-239的生产反应堆的金属铀被轧制成直径通常为23厘米(9英寸)、长51厘米的圆坯。金属铀燃料权力元素反应堆是通过热挤压铀到锆合金制成的管，锆合金是锆和锡的一种耐腐蚀合金。铀燃料元件也可以包覆在镁和铝合金中。

铀与许多其他金属反应生成金属间化合物化合物固溶体，或(在少数情况下)真合金。这些系统中的许多已被用于制备具有增强的抗反应堆内腐蚀和腐蚀的反应堆燃料辐射损伤机械强度也比纯铀金属高。例如低浓缩铀-钼和铀-铝合金。

尽管铀和钚是完全混溶的，但钚-铀体系并不适合用于核应用。如上所述，铀存在于环境温度和温度之间的三种晶体结构中熔点在1132°C(2070°F)。金属钚经历五个阶段转换在640°C(1183°F)的熔化温度下。无论任何一种元素的浓度如何，都能从一个相转变到下一个相，因此在一个主要温度范围内不能使用钚-铀合金。然而，的加入锆例如，在含有20%钚、10%锆和70%铀的燃料中，可以产生完全适用于反应堆使用的金属体系。

贫铀

铀燃料元件可以被包裹在含有，例如，10%锆和90%铀的金属包层中。的贫铀它几乎完全由铀-238组成，捕获中子发出在燃料元素的裂变中，从而产生(或“繁殖”)钚239同时产生核能．

某些贫铀合金也用于甲用于坦克和其他军用车辆。由于其密度非常高，金属铀非常适合用于这一目的以及用于穿甲弹。

氧化燃料

球团矿由低富集UO制成₂普遍用于生产电能的商业轻水反应堆的燃料。该颗粒是通过混合适当数量的富集和天然或耗尽UO制成的₂粉末，机械压实，加入有机粘结剂，压成颗粒，加热燃烧粘结剂，最后在高温下烧结到95%理论密度。燃料销是通过将颗粒装入锆合金管来制造的。

类似的程序被用于制造用于快中子增殖反应堆的混合二氧化铀钚(MOX)颗粒。未经辐照的MOX燃料通常含有20%至35%的二氧化钚。

硬质合金燃料

各种已知的铀和钚碳化物，包括单碳化物(UC, PuC)，倍半碳化物(U₂C_3.、Pu₂C_3.)和二碳化物(UC₂人民,₂)．由于它们是高度耐火的，这些化合物已被广泛研究用作核反应堆的燃料。例如，燃料在高温气冷堆(HTGR)由高浓缩铀和钍组成，钍是一种肥沃的物质;每一种都是碳化物球团的形式嵌入式石墨的稠密形式的。

氮化燃料

铀形成一个单氮化物(UN)和两个高氮相(倍半氮化物和倍半氮化物;α= U₂N_3.而且β= U₂N_3.)，而钚只形成一氮。氮化铀和氮化钚都是易碎的难熔化合物，通常在2000°C(3600°F)以上熔化，后者的特性使得单氮化物成为极具吸引力的高性能核反应堆燃料。