يورانيوم مخصب
عملية تخصيب اليورانيوم عبارة عن عزل نظير معين Isotope separation ، وهذ النظير المعين هو اليورانيوم-235 الذي يصلح لإنتاج الطاقة الكهربائية في مفاعل نووي. اليورانيوم الطبيعي يحتوي على 7.0% من اليورانيوم-235 أما باقي اليورانيوم فهو اليورانيوم -238. والمطلوب من عملية التخصيب هو رفع نسبة اليورانيوم-235 في اليورانيوم الطبيعي إلى 5.3% حتى يمكن استخدامه في مفاعل نووي يعمل بالماء الخفيف. اليورانيوم المخصب إذا يمكن أن يكون ذو نسبة 5.3% من اليورانيوم-235 أو أعلى من ذلك (إنتاج أسلحة نووية يحتاج إلى تخصيب أعلى من 90%)، ويسمى الجزء من اليورانيوم المنزع منه اليورانيوم-235 "اليورانيوم المنضب" . وتتم عملية التخصيب على مراحل حيث يتم في كل مرحلة عزل كميات أكبر من النظير المرغوب فيه (اليورانيوم-235) حيث يزداد اليورانيوم تخصيبا بعد كل مرحلة لحد الوصول إلى نسبة النقاء المطلوبة (5.3% لإنتاج الطاقة الكهربائية في مفاعلات نووية ؛ أو 20% لمفاعلات البحوث العلمية أو 90% لإنتاج أسلحة نووية).
تصميم السلاح النووي
قام معمل (واي-12) Y-12 plant الموجود بمدينة أوك ريدج بولاية تينيسي بتخصيب اليورانيوم بواسطة جهاز مطياف الكتلة يدعى كلوترونس لاستخدامه في مشروع مانهاتن، وتم اعادة تصميم المعمل أيضا لصنع اجهزة المرحلة الثانية. اليورانيوم-235 القابل للانشطار يشكل أفضل شمعة احتراق لكون كتلته الحرجة أكبر، خاصة في احهزة المرحلة الثانية التي صنعت في بدايات القنابل النووية الحرارية ذات الشكل الاسطواني. في التجارب الاولية تم استخدام مادتي الانشطار مع بعضهما كمزيج من بيو-أوي في التجويف وكشمعة احتراق، ولكن في حالة الانتاج بكميات كبيرة كان من الأسهل جعل المصانع متخصصة: حيث يكون تجاويف البلوتونيوم في الاولي، و شمعات احتراق اليورانيوم والدوافع في المرحلة الثانية (الثانوي).