Bahan bakar nuklir
Fabrikasi bahan bakar nuklir, pengayaan dan pemrosesan ulang > Pengolahan bahan bakar nuklir bekas

Bahan bakar nuklir bekas telah lama diproses ulang untuk mengekstrak bahan fisil untuk didaur ulang dan untuk mengurangi volume limbah tingkat tinggi. Daur ulang hari ini sebagian besar didasarkan pada konversi U-238 yang subur menjadi plutonium fisil. Teknologi pemrosesan ulang baru sedang dikembangkan untuk digunakan bersamaan dengan reaktor neutron cepat yang akan membakar semua aktinida berumur panjang, termasuk semua uranium dan plutonium, tanpa memisahkannya satu sama lain. Sejumlah besar plutonium yang diambil dari bahan bakar bekas saat ini didaur ulang menjadi bahan bakar MOX; sejumlah kecil uranium pulih didaur ulang sejauh ini.
Secara konseptual, mengolah bahan bakar bekas sama dengan mengolah konsentrat mineral logam apa pun untuk memulihkan logam berharga yang terkandung di dalamnya. Di sini 'bijih' (atau secara efektif konsentrat darinya) adalah uranium oksida keramik keras dengan susunan unsur lain (total sekitar 4%), termasuk produk fisi dan aktinida yang terbentuk di dalam reaktor.Ada tiga jenis perawatan metalurgi di peleburan dan kilang logam:
Pirometalurgi menggunakan panas untuk memulai pemisahan logam dari konsentrat mineralnya ( misalnya peleburan tembaga untuk menghasilkan tembaga melepuh, peleburan timah).
Elektrometalurgi menggunakan arus listrik untuk memisahkan logam ( misalnya peleburan alumina untuk menghasilkan aluminium).
Hidrometalurgi menggunakan larutan encer yang melarutkan logam, terkadang dengan sel elektrolisis untuk memisahkannya ( misalnya produksi seng, pemurnian tembaga).
Proses historis dan terkini yang utama adalah Purex, sebuah proses hidrometalurgi. Calon utama adalah elektrometalurgi – sering disebut pyroprocessing karena kebetulan panas. Dengan itu, semua anion aktinida (terutama uranium dan plutonium) dipulihkan bersama.Bahan bakar bekas mengandung beragam nuklida dalam berbagai kondisi valensi. Memprosesnya dengan demikian secara kimiawi rumit, dan menjadi lebih sulit karena banyak dari nuklida tersebut juga bersifat radioaktif.Komposisi uranium yang diproses ulang (RepU) tergantung pada pengayaan awal dan waktu bahan bakar berada di dalam reaktor, tetapi sebagian besar adalah U-238. Biasanya akan memiliki kurang dari 1% U-235 (biasanya sekitar 0,5% U-235) dan juga sejumlah kecil U-232 dan U-236 dibuat dalam reaktor. U-232, meskipun hanya dalam jumlah kecil, memiliki anak nuklida yang merupakan pemancar gamma yang kuat, membuat material tersebut sulit untuk ditangani. Namun, begitu berada di reaktor, U-232 tidak menjadi masalah (menangkap neutron dan menjadi U-233 fisil). Ini sebagian besar terbentuk melalui peluruhan alfa Pu-236, dan konsentrasinya memuncak setelah sekitar 10 tahun penyimpanan.
Pemrosesan ulang secara konseptual dapat mengambil beberapa kursus, memisahkan elemen tertentu dari sisanya, yang menjadi pemborosan tingkat tinggi. Opsi pemrosesan ulang meliputi:
Pisahkan U, Pu, (seperti hari ini).
Pisahkan U, Pu+U (sejumlah kecil U).
Pisahkan U, Pu, aktinida minor f .
Pisahkan U, Pu+Np, Am+Cm.
Pisahkan U+Pu bersama-sama.
Pisahkan U, Pu+aktinida, produk fisi tertentu.
Dalam reaktor saat ini, uranium yang diproses ulang (RepU) perlu diperkaya, sedangkan plutonium langsung digunakan untuk fabrikasi bahan bakar campuran oksida (MOX). Situasi ini memiliki dua masalah yang dirasakan: plutonium yang terpisah adalah potensi risiko proliferasi, dan aktinida minor tetap berada dalam limbah yang dipisahkan, yang berarti radioaktivitasnya berumur lebih panjang daripada jika hanya terdiri dari produk fisi.