ΔfHm⦵298K −1084 kJ·mol−1[2]
S⦵298K 78 J·mol−1·K−1[2]
因二氧化铀熔点高，所以通常被用作反应堆的核燃料。二氧化铀被烧结成直径和长度都是1厘米左右的圆柱体，串联起来放入中空的锆合金燃料棒内部。最后以8x8根燃料棒一组排列成正方形，六角形或圆形构成反应堆的堆芯。
二氧化铀是天然铀矿中最主要的成分，通过化学反应和离心机可以得到高纯度的二氧化铀。同时还可以通过乏燃料的再处理得到二氧化铀。
摄氏700度时三氧化铀可以和氢气发生反应生成二氧化铀和水。
二氧化铀被已知是由肺中的吞噬作用而被吸收[3]。
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