Но в природном уране такой цепной процесс не идет. Природный уран состоит в основном из двух изотопов: урана238 и урана235. Причем на тысячу ядер природного урана приходится всего только семь ядер урана235.
Оказалось, что цепной процесс может идти только в чистом или почти чистом уране235. Ядра урана235 делятся как медленными, так и быстрыми нейтронами. А ядра урана238 делятся только очень быстрыми нейтронами.
Такие быстрые нейтроны, правда, освобождаются при делении урана, но после нескольких столкновений с ядрами они теряют свою скорость и не могут произвести деления ядер урана238. Ядра тяжелого изотопа урана очень жадно поглощают нейтроны, обладающие средней, так называемой резонансной энергией. При этом деления ядра урана238 не происходит.
Нейтроны, получающиеся в природном уране после деления, в 99 случаях из 100 попадают в ядра урана238 и там поглощаются. Это обстоятельство препятствует возникновению цепного процесса в природном уране.
Для осуществления этого процесса необходимо отделить от природного урана основную часть урана238, то есть разделить изотопы.
Трудная задача. Если мы имеем смесь каких-нибудь веществ, то химики с помощью ряда операций легко могут разделить эти вещества. Но для разделения изотопов химические реакции бесполезны. По своим химическим свойствам изотопы не отличаются друг от друга. Получение отдельных изотопов в чистом виде имеет особое значение сейчас, когда становится ясной их роль в получении и использовании атомной энергии.
Разделение изотопов оказалось очень трудной задачей. Здесь можно использовать только различие масс их атомов и ядер. Но это различие заметно только у изотопов самых легких элементов; у тяжелых изотопов это отличие незначительно.
Так, например, у водорода разница в массах тяжелого (дейтерия) и легкого изотопов составляет 100 процентов, а у урана — всего 1,3 процента. И все-таки во всех известных в настоящее время методах разделения изотопов урана используют это различие в массах.
Предположим, что требуется разделить газ, состоящий из двух сортов молекул. Если температура во всех точках пространства, заполненного газом, будет одинакова, то средняя энергия хаотически движущихся молекул обоих сортов будет также одинакова, то есть — 
. Отсюда получается, что — 
, то есть средние скорости молекул обратно пропорциональны корням квадратным из их масс.
Если это соотношение применить к атомам урана, то получим, что скорость атома урана235 будет в 1,0065 больше скорости атомов урана238.
Различие в скоростях весьма мало, но все же его можно использовать для разделения изотопов урана в методе газовой диффузии. Принцип этого метода не сложен. Представим себе сосуд, разделенный перегородкой с мельчайшими порами. Если в одну часть этого сосуда впустить газообразный шестифтористый уран (есть такая соль урана), то молекулы, содержащие уран235, будут быстрее проникать через пористую перегородку и во второй половине сосуда газ будет содержать несколько большее количество легкого изотопа.
Наиболее простая диффузионная ячейка такого рода изображена на рис. 12. Ячейка состоит из трубки с пористыми стенками, помещенной внутри широкого сосуда, в котором с помощью насосов поддерживается вакуум. Газ, состоящий из двух сортов молекул различной массы, втекает в ячейку. Часть этого газа, прошедшая через пористую перегородку, имеет немного увеличенное содержание легких молекул. В конец ячейки поступает газ с большим содержанием тяжелых молекул.
Благодаря малому различию атомных весов изотопов урана изменения изотопного состава газа в обоих сосудах очень малы. Поэтому для получения почти чистого урана235 и полного извлечения его из природного урана нужны тысячи таких ступеней разделения.