Уран в небольших количествах встречается почти повсюду в земной коре. Медленный распад этого элемента связан с непрерывным выделением энергии, которая играет важную роль в поддержании температуры земного шара. Однако для экономически выгодной добычи урана в настоящее время используются преимущественно такие руды, в которых содержится не менее 0,1% урана.
Наиболее известные месторождения урана имеются в Чехословакии, Бельгийском Конго (Африка), Канаде, США, Австралии и в ряде других стран (рис. 18). Месторождения тория известны в Индии, Бразилии, Индонезии, Австралии и других странах. Об открытых за последние 10–15 лет урановых и ториевых месторождениях СССР, Китая и ряда стран народной демократии и о высоком качестве и богатстве этих месторождений свидетельствуют экспонаты выставки, которая была организована в 1955 году в Женеве на Международной конференции по мирному использованию атомной энергии. Ряд образцов советских урановых руд выставлен также в Атомном павильоне на постоянной промышленной выставке в Москве.
Природный уран — смесь изотопов. Урана 235 в нем 0,72%, а урана 238 — 99,28%. Других изотопов урана в природном уране так мало, что их можно не принимать в расчет.
Ядерным горючим является изотоп — уран 235. Выделить его из природного урана химическими методами очень трудно, так как все изотопы урана обладают практически одинаковыми химическими свойствами.
Из физических методов разделения изотопов урана наиболее дешевым оказался диффузионный метод. Диффузией называется проникновение вещества в окружающую среду. Диффузия может происходить и через пористые перегородки. Не все вещества диффундируют с одинаковой скоростью. Чем легче частицы вещества (молекулы), тем быстрее они распространяются. Если бы можно было приготовить соединения урана, которые хорошо испаряются при сравнительно низких температурах, то, заставив такие вещества проникать сквозь пористые перегородки, можно было бы разделить изотопы урана: соединения, содержащие более легкий изотоп, диффундировали бы несколько быстрее.
Такое при обычных условиях твердое соединение урана, давление пара которого равно 1 атм при 54,6° C, существует — это фтористый уран UF6. В настоящее время известны химические методы получения из урановых руд фтористого урана. Это соединение весьма ядовито, поэтому при работе с ним приходится соблюдать ряд предосторожностей.
Если фтористый уран, приготовленный из природного урана, заставить в виде пара проникать через специально приготовленную пористую перегородку, как показано на рис. 19, и отделить 60% вещества, которое прошло сквозь перегородку, от тех 50%, которые еще не успели продиффундировать, то оказывается, что первая часть несколько обогащена легким изотопом урана, а во второй части содержание легкого изотопа понижено. Если из первой части химическими методами выделить металлический уран, то в нем окажется уже не 0,720% урана 235, а около 0,722%. Если такой несколько обогащенный фтористый уран заставить еще раз диффундировать через пористую перегородку и снова отделить первую часть, то содержание в ней урана 235 опять немного повысится. Необходимо произвести несколько тысяч таких последовательных обогащений фтористого урана, чтобы в конце концов получить продукт, содержащий уран 235 почти без примеси урана 238.
Для постройки таких газодиффузионных заводов необходимо изготовить надежно работающие пористые перегородки, огромное количество труб различных диаметров из нержавеющих материалов, большое число насосов различной величины для перекачивания газов и к ним электромоторы различной мощности. Длина трубопроводов на таком заводе исчисляется сотнями километров, причем все соединения труб и насосов не должны пропускать наружу даже следов фтористого урана. Все операции на таком заводе должны быть автоматизированы.