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核电和火电一样，都需要通过消耗燃料来获得能量。经过核反应堆燃烧之后的核燃料被称为“乏燃料”。乏燃料不同于普通燃料的灰烬。一方面，乏燃料内含有大量放射性核素，有较高的辐射水平。另一方面，乏燃料虽然是经过裂变反应之后的产物，但是其中依然富含大量有用的放射性核素，这些放射性核素如果能够加以回收利用，就能够变害为宝。
对于乏燃料的处理方法，现在国际上有两种主流战略。
一种是后处理战略，就是将乏燃料中有回收价值的核燃料分离出来并回收利用。这样做可以提高核燃料的利用率，降低核废料的放射性。但是，后处理战略有一定技术难度，属于高科技范畴，也导致了乏燃料后处理的成本较高，使得后处理过程的经济收益有限。此外，后处理法会得到高纯度的钚-239，可能成为制作核武器的原料，有导致核扩散的风险。
另一种是一次通过战略，就是把乏燃料从反应堆内卸载之后直接冷却，包装后直接作为废物埋入地下。这个战略的优点是流程简单，成本低廉。然而，一次通过战略的缺点在于对废物库选址条件要求高，建造技术难度大，废物处理体积大，费用高，还需要制定有持久长远的监督管理体制。
目前世界各国在实施“一次通过战略”或“后处理战略”核燃料循环技术路线方面还在争论，都会综合考虑政治、经济、环境保护等多方面因素，做出不同的选择。
