Se on alkuaine
Uraanin löysi Martin Heinrich Klaproth, saksalainen kemisti, kivennäisestä pitchblende (lähinnä uraanioksidien sekoitus) vuonna 1789. Vaikka Klaproth, samoin kuin muu tiedeyhteisö, uskoi, että hänen pitchblendestä erottamansa aine oli puhdasta uraania, se oli itse asiassa uraanidioksidia (UO2). Huomatessaan, että ”puhdas” uraani reagoi oudosti uraanitetrakloridin (UCl4) kanssa, ranskalainen kemisti Eugène-Melchoir Péligot eristi puhtaan uraanin kuumentamalla uraanidioksidia kaliumin kanssa platinaupokkaassa. Radioaktiivisuus havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 1896, kun ranskalainen fyysikko Antoine Henri Becquerel havaitsi sen uraaninäytteestä. Nykyään uraania saadaan uraanimalmeista, kuten pitchblendeistä, uraniniitista (UO2), karnotiitista (K2(UO2)2VO4-1-3H2O) ja autuniitista (Ca(UO2)2(PO4)2-10H2O) sekä fosfaattikivestä (Ca3(PO4)2), ruskohiilestä (ruskeasta kivihiilestä) ja yksinäisestä hiekasta (Ce-, La-, Th-, Nd-, Nd-, Y-y-, PO4). Koska uraanimetallin kysyntä on vähäistä, uraani myydään yleensä natriumdiuranaattina (Na2U2O7-6H2O), joka tunnetaan myös nimellä yellow cake, tai triuraanioktoksidina (U3O8).
Koska uraani on luonnostaan radioaktiivinen, uraania, yleensä uraanidioksidina (UO2), käytetään tavallisimmin ydinvoimateollisuudessa sähköntuotantoon. Luonnossa esiintyvä uraani koostuu kolmesta isotoopista: uraani-234, uraani-235 ja uraani-238. Vaikka kaikki kolme isotooppia ovat radioaktiivisia, vain uraani-235 on halkeamiskelpoista ainetta, jota voidaan käyttää ydinvoimassa.
Kun halkeamiskelpoiseen aineeseen osuu neutroni, sen ydin voi vapauttaa energiaa jakautumalla pienempiin palasiin. Jos osa sirpaleista on muita neutroneita, ne voivat osua muihin atomeihin ja saada nekin halkeamaan. Halkeamiskelpoinen materiaali, kuten uraani-235, on materiaali, joka pystyy tuottamaan riittävästi vapaita neutroneita ydinketjureaktion ylläpitämiseksi.
Luonnossa esiintyvästä uraanista vain 0,7204 % on uraani-235:tä. Tämä on liian pieni pitoisuus ylläpitämään ydinketjureaktiota ilman moderaattoriksi kutsutun aineen apua. Moderaattori on materiaali, joka voi hidastaa neutronia absorboimatta sitä. Hitaat neutronit reagoivat todennäköisemmin uraani-235:n kanssa, ja luonnonuraania käyttävissä reaktoreissa voidaan käyttää moderaattorina grafiittia tai raskasta vettä. Myös uraani-235:n rikastamiseen on olemassa menetelmiä. Kun uraani-235:n pitoisuus on nostettu noin 3 prosenttiin, voidaan moderaattorina käyttää tavallista vettä.
Uraani-238, uraanin yleisin isotooppi, voidaan muuntaa plutonium-239:ksi, joka on halkeamiskelpoista ainetta ja jota voidaan käyttää myös ydinreaktorien polttoaineena. Plutonium-239:n tuottamiseksi uraani-238:n atomit altistetaan neutroneille. Uraani-239 muodostuu, kun uraani-238 absorboi neutronin. Uraani-239:n puoliintumisaika on noin 23 minuuttia, ja se hajoaa beetahajoamalla neptunium-239:ksi. Neptunium-239:n puoliintumisaika on noin 2,4 päivää, ja se hajoaa plutonium-239:ksi, myös beetahajoamisen kautta.
Uraani-233 on myös halkeamiskelpoinen materiaali, jota voidaan käyttää ydinreaktorien polttoaineena, vaikka sitä ei esiinny luonnossa. Uraani-233:n tuottamiseksi torium-232:n atomeja altistetaan neutroneille. Torium-233 muodostuu, kun torium-232 absorboi neutronin. Torium-233:n puoliintumisaika on noin 22 minuuttia, ja se hajoaa beetahajoamisen kautta protactinium-233:ksi. Protactinium-233:n puoliintumisaika on noin 27 päivää, ja se hajoaa uraani-233:ksi, myös beetahajoamisen kautta. Täysin fissioituneena yksi punta (0,45 kilogrammaa) uraani-233:a tuottaa saman energiamäärän kuin 1 500 tonnin (1 350 000 kilogramman) kivihiilen polttaminen.
Uraani on tiheä metalli, jolla on käyttötarkoituksia ydinvoimateollisuuden ulkopuolella. Sitä käytetään röntgensäteilyä tuottavana maalitauluna, joidenkin sotilasaseiden ampumatarvikkeina, säteilysuojana, lentokoneiden ohjauspintojen vastapainona ja inertianohjausjärjestelmien gyroskoopeissa.
Uraaniyhdisteitä on käytetty vuosisatojen ajan lasin värjäämiseen. Napolin läheltä Italiasta löydetty 2 000 vuotta vanha näyte keltaista lasia sisältää uraanioksidia. Uraanitrioksidi (UO3) on oranssia jauhetta, ja sitä on käytetty Fiestaware-levyjen valmistuksessa. Myös muita uraaniyhdisteitä on käytetty vaseliinilasin ja lasitteiden valmistukseen. Näissä esineissä oleva uraani on radioaktiivista ja sitä tulee käsitellä varoen.
Uraanin stabiilimman isotoopin, uraani-238:n, puoliintumisaika on noin 4 468 000 000 vuotta. Se hajoaa torium-234:ksi alfahajoamisen kautta tai hajoaa spontaanin fission kautta.