اکتشاف و استخراج، آسیاب و تبدیل، غنی‌سازی، ساخت میله‌های سوخت، مدیریت سوخت هسته‌ای در قلب رآکتور و همچنین مدیریت پسماند از جمله مراحل چرخه هسته‌ای است که برای هر کدام زحمات زیادی کشیده می‌شود، اما در این میان مهم‌ترین مرحله همان «غنی سازی» است که با اورانیوم سر و کار دارد.
اورانیوم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است و ایزوتوپ ۲۳۵ آن برای سوخت رآکتور‌های هسته‌ای استفاده می‌شود و دارای انرژی بسته بسیار زیادی است. مقدار انرژی آزاد شده هنگام شکافت هسته‌ای اورانیوم بسیار زیاد است و به این جهت از اورانیوم برای سوخت رآکتور هسته‌ای استفاده می‌شود. برای مقایسه، مقدار انرژی اورانیوم موجود در رآکتور نیروگاه هسته‌ای بوشهر (۸۰تن) برابر با مقدار انرژی موجود در ۱۷میلیون بشکه نفت خام است. در مقیاس کوچک‌تر، انرژی حاصل از شکافت هسته‌ای یک قرص سوخت ۱۲گرمی اورانیوم با غنای ۵/۳ درصد معادل انرژی حاصل از سوختن یک تن زغال سنگ، ۵/۲ تن چوب و ۴۷۶مترمکعب گاز طبیعی است.
اورانیوم طبیعی از حدود (۹۹/۳ درصد وزنی ایزوتوپ ۲۳۸) و (۷/۰درصد ایزوتوپ۲۳۵) تشکیل شده، این در حالی است که فقط اورانیوم۲۳۵ در شرایط خاص شکافته می‌شود و انرژی زیادی آزاد می‌کند، از این رو اورانیوم۲۳۵ مورد نیاز است و برای این کار نیاز به غنی‌سازی است. اورانیوم موجود در سنگ معدن از طریق روش‌های مکانیکی و شیمیایی به کیک زرد و سپس به اکسید اورانیوم ۸o۳U تبدیل می‌شود. اورانیوم۲۳۵ قابل شکافت و مناسب برای سوخت هسته‌ای، در اکسید اورانیوم وجود دارد.
برای غنی کردن اکسید اورانیوم لازم است آن را از حالت جامد به گاز تبدیل کرد، از این رو اکسید اورانیوم را که جامد است به هگزافلوراید اورانیوم (UF۶) که گاز است تبدیل می‌کنند. روش متداول غنی‌سازی اورانیوم سانتریفیوژکردن گاز است. در این روش هگزافلوراید اورانیوم در یک محفظه استوانه‌ای با سرعت بالا در شرایط گریز از مرکز قرار می‌گیرد. این کار باعث جدا شدن ایزوتوپ‌های با جرم حجمی بالاتر از اورانیوم۲۳۵ می‌شود. در نتیجه غنی کردن، درصد اورانیوم قابل شکافت از ۷/۰درصد به ۵/۳ درصد که برای رآکتور‌های آب سبک لازم است افزایش می‌یابد.
برای ساخت میله‌های سوخت نیز ابتدا گاز هگزافلوراید اورانیوم غنی‌شده را تبدیل به پودر دی‌اکسید اورانیوم (UO۲) می‌کنند و این پودر را به وسیله فشار (پرس) به صورت استوانه‌های کوچکی درمی‌آورند. حدود ۲۰۰عدد از این استوانه‌ها را در داخل لوله‌هایی که از آلیاژ زیرکونیوم ساخته شده قرار و دو سر لوله‌ها را جوش می‌دهند. مجتمع‌های سوخت نیز از کنار هم گذاشتن میله‌های سوخت در شبکه‌های اتصالی ساخته می‌شوند. برای مثال در نیروگاه هسته‌ای بوشهر تعداد۱۶۳ مجتمع سوخت داخل محفظه‌تحت فشار رآکتور قرار داده می‌شود که هسته مرکزی رآکتور را تشکیل می‌دهد. حرارت ایجاد شده در نتیجه شکافت هسته، آب مدار دوم نیروگاه را به بخار تبدیل می‌کند. بخار حاصله توربین را به حرکت درمی‌آورد و توربین محور مولد برق را می‌چرخاند و نیروی برق تولید می‌شود.
در دهه ۷۰ شمسی برای «غنی‌سازی» سه راهکار غنی‌سازی از طریق لیزر، آب سنگین و سانتریفیوژ مطرح بود و ایران در سال۱۳۸۱ در بخش غنی‌سازی از طریق سانتریفیوژ در حد تولید «چند گرم» موفق شد و در اوایل همین سال فقط یک عدد سانتریفیوژ فعال بود که در ماه‌های بعد به یک زنجیره کوچک چند سانتریفیوژی تبدیل شد که باهم کار می‌کردند. ساخت قطعات سانتریفیوژ هم در داخل کشور با روند نسبتاً خوبی از سال ۱۳۸۰ آغاز شد.
حالا پس از گذشت بیش از دو دهه، نسل‌های مختلف از سانتریفیوژ‌ها تولید شده‌اند که روند ساخت هر کدام نویدی از روز‌های خوب می‌دهند. IR۱، IR۲، IR۳، IR۴، IR۵، IR۶ و IR۷ نمونه‌های تولیدی هستند که هر کدام با غرور خاصی در حال گردش هستند.
در جریان بازدید هشت سال قبل از مجتمع غنی‌سازی شهید احمدی‌روشن، یکی از دانشمندان هسته‌ای جوان می‌گفت: «در تکمیل این چرخه هیچ کس به ما کمک نکرد بلکه خودمان با توکل به خداوند و با اتکا بر نیرو‌های داخلی توانستیم این مسیر را طی کنیم.» راست می‌گفت، شورای عالی فناوری‌های نوین ایران از تاریخ ۹ آذر ۱۳۷۷ آغاز به کار کرد. این شورا هر دو هفته یک‌بار با حضور اعضا و به ریاست رئیس‌جمهور تشکیل می‌شد. گرچه وظیفه این شورا بررسی تمام طرح‌های مربوط به فناوری‌های نوین همچون بیوتکنولوژی، نانوتکنولوژی، هوافضا، فناوری اطلاعات و امثال اینها بود، ولی در آن مقطع، عمده وقت شورا صرف طرح‌های مربوط به سازمان انرژی اتمی می‌شد.
در سال‌های ۱۳۷۸ و ۱۳۷۹ مسئولان سازمان انرژی اتمی، پروژه‌های آتی هسته‌ای را در آن شورا به تفصیل ارائه و نخستین طرحی که تصویب کردند تأسیس مرکزی برای غنی‌سازی بود که در آن ۵۴هزار دستگاه سانتریفیوژ نصب و فعال شوند تا بتوان غنی‌سازی مورد نیاز را انجام داد و حداقل سوخت یک نیروگاه نظیر نیروگاه بوشهر را تأمین کرد. بحث رآکتور آب سنگین نیز از جمله مباحث مطرح شده در این شورا بود.
از سال ۱۳۸۱ به غنی‌سازی اورانیوم از سوی چند دستگاه سانتریفیوژ رسیدیم. در این فرایند، یک آبشار کوچک ۱۰ تایی برای غنی‌سازی فعال شد و پس از سال‌ها کوشش و تلاش، کشور توانست به فناوری غنی‌سازی دست یابد و در همان سال، ساخت قطعات سانتریفیوژ و کار مونتاژ آن در کشور آغاز شد.
بحران هسته‌ای را از سال ۱۳۸۲ به ایران تحمیل کردند؛ زمانی که مدیرکل وقت آژانس بین‌المللی انرژی اتمی ماشه قطعنامه‌ای را در شورای حکام آژانس کشید که اختلاف‌های اصلی بر سر برنامه هسته‌ای ایران را هدف گرفته بود؛ اختلاف‌هایی که امروز نوع دیگر آن در جریان است.
رسم وفا و معرفت نیست بحث غنی‌سازی باشد و از شهید عزیزمان مجید شهریاری اسمی به میان نیاید؛ دانشمندی که کشورمان را وارد «باشگاه جهانی هسته‌ای» کرد و با زحمات مخلصانه، «غنی‌سازی ۲۰درصد» را به ارمغان آورد. این فرایند یکی از دشوارترین مراحل در تولید سوخت هسته‌ای به شمار می‌رود. علی‌اکبر صالحی، رئیس وقت سازمان انرژی اتمی در صفحات ۲۹۷ تا ۳۰۱ کتاب «گذری در تاریخ، خاطرات علی‌اکبر صالحی» درباره شهید دکتر مجید شهریاری می‌گوید: «زمانی که به سازمان انرژی اتمی آمدم یکی از بحث‌ها در باب غنی‌سازی به محاسبات بحرانیت مربوط می‌شد. دسترسی به مقالات مرتبط با موضوع، کار دشواری بود. به اضافه روش انجام کار هم خیلی روشن نبود. در بخش محاسباتی موضوع غنی‌سازی ۲۰درصدی، به دنبال کسی بودم که کمک کند، با دکتر شهریاری صحبت کردم و از او پرسیدم: آیا این محاسبات را می‌توانی انجام دهی؟ ایشان با تواضع خاصی پاسخ داد: ان‌شاء‌الله پیگیری خواهم کرد، او این محاسبات را به بهترین نحو انجام و در فاصله کمی، عده‌ای را هم آموزش داد و حق‌الزحمه هم دریافت نکرد. خدا شهید شهریاری را رحمت کند، من هرچه در وصف او بگویم کم گفته‌ام. خدا درجاتش را عالی بگرداند.»
