为什么核燃料循环中的某些活动被称作“双重用途”？
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由于核循环的交叉性或双重性，瑞典诺贝尔物理学奖获得者汉尼斯·阿尔文(Hannes Alfvén)评论说，“和平的原子与战争的原子是一对连体双胞胎。”意思是，同一种技术既可以用于和平的核计划，也可以用于军事核计划。涉及核扩散的两种技术是浓缩和后处理。铀浓缩工厂既可以生产核反应堆的燃料，也可以生产核弹用的易裂变材料。
在铀浓缩工厂制备可用于制造核弹的材料时，工厂必须连续进行浓缩，使得铀-235的质量分数达到90%，或者更高。与之相较，大部分低浓缩的铀燃料只含质量分数为3%~5%的铀-235。
后处理工厂也能够生产供再生燃料用或核弹用的易裂变材料。但是通常从商业乏燃料中分离出的钚，只是反应堆级的，级别要比武器级的低，因而不能用于核弹。不过，反应堆级的钚仍然可用于制造一次核爆炸。因此，后处理工厂需要足够的安保措施，以避免这些钚流入有核武器计划的国家或核恐怖分子之手。
有哪些不同的铀浓缩方法？
铀浓缩方法有几种，但是只有一种方法，即离心技术，成了全世界的标准方法。在将来，如果能超越技术上的障碍，激光浓缩将带来商业利益。在讨论离心技术和激光浓缩方法之前，让我们简短地回顾一下铀浓缩的历史，以此来了解一个国家利用别国的老办法生产用作反应堆燃料或者用于核弹的易裂变材料的可能性。
第一批浓缩铀是在曼哈顿计划期间制造出来的，那是核弹所需的高浓缩铀。这个核弹计划联合使用了三种浓缩法：电磁同位素分离(electromagnetic isotope separation,EMIS)法、热扩散法和气体扩散法。第一种方法是利用加速器把铀-235与铀-238分离开来，以此提高铀-235的浓度。为了开始这个浓缩过程，先用电加热四氯化铀(UCl4)形成四氯化铀蒸气。然后电离蒸气的分子。也就是说，一个四氯化铀分子被剥落一个电子，变成一个带正电的离子。电场加速这些离子，使它们获得很高的速度。在垂直方向加一个磁场，使这些加速了的离子改变运动方向，从而使离子运动轨迹形成一个圆。较轻的铀-235将沿着一条半径比铀-238运动半径小的轨道运动。然后这两种类型的离子通过小孔，被引入不同的收集器中。虽然这种方法看起来很容易，但效率不高，因为通常只有不到一半的输入材料被转变为铀离子，而实际上这些离子也只有不到一半被收集起来。而且，这个过程是旷日持久的，需要成百上千台电磁同位素分离加速器和大量的能源。20世纪40年代初，美国在田纳西州橡树岭的Y-12厂使用的是电磁同位素分离器，即电磁同位素分离法的装置。虽然所有五个公认的拥有核武器的国家都试验过或用过电磁同位素分离法一段时间，但由于后来出现了更为有效的方法，电磁同位素分离法被放弃了，不过后来伊拉克被揭露在20世纪80年代末和90年代初还在使用这种方法。伊拉克能够较容易地获得这种方法的非保密设计细节。
第二种原始的浓缩方法是热扩散法。它所利用的原理是：加热时密度较小的物质温度升高得更快一些。第二次世界大战期间，通过使用这种方法，田纳西州的橡树岭研究所只用了非常有限的一段时间，制造出了质量分数约1%的铀-235，然后把这些铀用作上面已提到的电磁同位素分离法的输入材料。在曼哈顿计划中的气体扩散工厂开始运行后，热扩散工厂就被拆除了。
气体扩散法是根据分子的泻流原理，把铀-235与铀-238分离开来的。“泻流”是一个专业术语，表示较轻的气体通过微小的孔时要比较重的气体快。这些小孔开在浓缩工厂扩散级的挡板上。一个扩散级在一个高压容器和一个低压容器之间有一块挡板和一个驱使气体分子从高压容器进入低压容器的压缩器。每一个扩散级通过管道与其他扩散级相连接。在一座铀气体扩散工厂中，有两种类型的气体，即铀-235的六氟化物和铀-238的六氟化物。名词“六氟化物”表明有6个氟原子，它们与1个铀原子化学结合，形成一个六氟化铀分子。两种气体的速度之差是很小的(约为0.4%)。所以即使希望获得低浓度铀，也要用多个扩散级。需要几千个扩散级才能够得到足够的供反应堆或核弹使用的浓缩铀。这些工厂也是消耗能量的大户。例如，位于法国特里卡斯坦的乔治·贝斯Ⅰ气体扩散厂，消耗了它的3座大型反应堆输出的大部分电力。到2011年初，美国和法国仍然有商业气体扩散厂，目前正在采用能效更高的离心分离厂来代替这些工厂。相比之下，新建的乔治·贝斯Ⅱ离心分离厂使得前面提到的3座反应堆所发出的电力，不再提供给浓缩铀工厂使用了，转而供给居民和商业用电。
离心分离法利用的是当某一物体做圆周旋转运动时产生的力。想象孩子们坐在旋转木马上旋转，重的孩子比轻的孩子感受到的力更大。类似地，作用在铀-238的六氟化物气体分子上的由旋转的离心机转子产生的离心力，也比作用在铀-235的六氟化物气体分子上的大。前者趋向于聚集在转子壁附近。此壁附近的一个汲水器把铀-238的六氟化物气体引到此离心分离厂的贫化铀部分去。这里的“贫化”，是指铀混合物中铀-235的浓度要比天然铀中的浓度低。虽然也有一些铀-235气体进入贫化汲水器，但更大比例的铀-238会被引导到工厂的贫化铀部分去。另一个位于离转子壁较远的汲水器，则把略微浓缩的铀-235连同浓度较低的铀-238引导到工厂的浓缩部分去。
与气体扩散厂里的单个扩散级相似，单个离心分离机的浓缩能力也是有限的。因此，为了达到所期望的浓缩级别，不论是低浓缩，还是高浓缩，都必须通过管道把多个离心分离机连接在一起。通常，几十个，甚至多达几百个离心分离机组合在一起，形成一个所谓的“级联”(cascade)装置。一座浓缩铀工厂可能有好几十个级联装置，以生产所需级别和数量的铀-235。级联装置之间的连接以及每个级联装置中离心机的排列决定了离心分离厂究竟是适宜生产低浓缩铀(用作商业反应堆的燃料)还是高浓缩铀(用于核弹)。这与当今的伊朗核问题有关，因为调查人员需要知道伊朗的浓缩工厂是怎样设计的，这是为了评估伊朗离制造出核武器——如果伊朗想这样做的话——还有多远。