اکثر مواد بحرانی مورد نياز توليد­ انرژی هسته­ای ايزوتوپ­های خاصی از عناصری ويژه­ای هستند. برخی از اين ايزوتوپ­ها در طبيعت وجود دارند، ولی به واسطه­ی ساير ايزوتوپ­های همان عنصر بسيار رقيق­هستند ( مانند دتريم، Li-6 ، U-235). اين ايزوتوپ­ها برای اين­که مفيد واقع شوند بايستی غنی ( تغليظ ) شوند. ساير ايزوتوپ­ها که به طور طبيعی فقط در مقادير کوچک وجود دارند، يا اصلاً وجود ندارند، بايد از طريق واکنش­های هسته­ای توليد شوند ( مانند تريتيم و Pu-239 ). به عبارت ديگر دو روش برای توليد ايزوتوپ­ها وجود دارد:

1-    غنی سازی.

2-    تبديل.

خلاصه­ای از اين دو تکنيک در آينده بيان مي­شود.

 غنی­سازی ايزوتوپی

تمام ايزوتوپ­های يک عنصر خواص شيميايی تقريباً يکسانی دارند، از اين رو جداسازی اين ايزوتوپ­ها بايستی متکی بر عوامل دقيقی که به وسيله­ی اختلاف در جرم اتم­ها به وجود آمده است، باشد. برخی از اين تکنيک­ها فيزيکی هستند ـ آنها متکی بر فرآيندهای فيزيکی هستند که عوامل وابسته به جرم می­باشند. برخی شيميايی هستند ـ اختلاف جرم ايزوتوپی ممکن است سرعت واکنش­های شيميايی را تحت تأثير قرار دهد. 

 

از آنجايی که از عوامل جزيی برای دستيابی به جداسازی استفاده می­شود؛ افزايش غلظت به دست آمده برای هر فرايند غنی سازی کوچک می­باشد. اين مسأله باعث می­شود که فرايند غنی سازی بسياری در دفعات زيادی در يک رشته گام­ها يا مراحل غنی سازی به کار برده شود. هر گام محصول غنی شده­ی مرحله­ی قبلی را به دست می­دهد و آن را بيشتر غنی می­کند. اين روش يک سيستم غنی کنندگی متوالی ايجاد می­کند که آبشار (cascade ) ناميده می­شود.

 

دو فاکتور يا عامل مهم عملکرد آبشار را تحت تأثير قرار می­دهد. فاکتور اولی، ضريب جداسازی است که بزرگ­تر از 1 است که مقدار قابليت غنی سازی ذاتی يک مرحله­ی واحد است. دومين فاکتور جداسازی، بيشترين مراحل مورد نياز برای دستيابی به درجه مطلوب غلظت است. فاکتور دومی، اتلاف قابل قبولی از ايزوتوپ مطلوب در جريان پسماند می­باشد. 

 

برای درک فاکتور دوم، ملاحظه می­شود که در هر مرحله تغذيه­ی جريان ماده فرايندی است که به دو بخش تقسيم می­شود: محصول غنی شده و پسماند تهی شده. از اينرو غنی­سازی در محصول کم است و تهی­سازی در پسماند زياد می­باشد. مقدار ايزوتوپ مطلوب در جريان پسماند ممکن است به راحتی از مقدار همان ايزوتوپ در محصول غنی شده بيشتر شود. اگر غلظت ايزوتوپ کم باشد، بسيار نامطلوب است. همچنين اگر مواد اوليه پيش از اين به طور قابل توجهی غنی شود، سپس جريان پسماند نيز غنی شده می­باشد و برای بيرون ريختن آن واقعاً بسيار با ارزش
می­باشد.