乏燃料指的是在核反应堆中经中子轰炸发生核反应后，燃耗深度已达到设计卸料燃耗，从堆中卸出且不再在该反应堆中使用的核燃料组件中的核燃料。由上述定义可知，核燃料在反应堆中只反应一部分，便需要更换新的燃料（利用率甚至低至1%），其中含有大量未反应完的铀-235以及反应生成的钚-239（核武器材料）等具有高度使用价值的放射性元素。因此，各国往往将其中的铀、钚萃取出来，再对剩余的废料进行处理。乏燃料部分元素的半衰期可达几十万年，目前，各国主要采取两种方式处理乏燃料。
第一种方式是一次性通过长期处置，亦称开式燃料循环，与垃圾直接填埋相似，多用于美国、加拿大、北欧国家。首先将乏燃料进行溶解、液化，将其与玻璃、水泥一起进行固化，科学家们寻找地质条件合适的地下深井（一般是盐矿或人工挖掘的井），将废料储存至地下3~5千米处。此法成本低、简单，但后患无穷（自然灾害、恐怖袭击等）。
另一种方式是闭式燃料循环，多用于法国、日本、中国、俄罗斯等国家。通过质子轰击的方式对乏燃料进行再反应，将几十万年半衰期的元素核裂变成半衰期为几百年的化学元素，再送到设计寿命较长的储存设施进行存放，那么后续的处理只需要考虑几百年的时间维度。此法成本较高、步骤复杂、法国的技术比较成熟，即便如此，目前的技术尚未能够完全保证裂变后产生的物质。
乏燃料后处理方式有哪些？
据了解，当今有核国家乏燃料处理方式有三种：一是送往后处理设施，从废物中回收其中所含的铀和钚，二是存放在中间贮存设施，三是放入地质处置库进行最终处置。
目前，世界范围内的大多数乏燃料都贮存在其来源地的核电厂。根据选定的处置路线，最终处置库可能因此接收未经处理的乏燃料，或一般废物，或两者都接收。处置库是用于处置乏燃料等核材料的地下装置，通常位于地面以下数百米深处，能够确保放射性核素与生物圈长期隔离的稳定地质构造中。
据悉，国际上核燃料循环分为闭式核燃料循环和一次通过式核燃料循环两种技术路线。闭式核燃料循环是指回收乏燃料中的铀、钚等易裂变材料以及可以利用的次锕系元素等物质，易裂变材料再加工制造成核燃料组件，其他放射性核素作为废物最终处置；而一次通过式核燃料循环是指将乏燃料作为放射性废物直接最终处置。
我国自上世纪80年代启动高放废物深地质处置的研发工作，目前正开展深地质处置库选址和地下实验室建造等工作，并计划于本世纪中叶建成并运行深地质处置库，以确保能够及时接收高放固体废物。
目前，采取一次通过式技术路线的国家有瑞典、加拿大、西班牙和美国；采取闭式循环技术路线的国家，有中国、法国、英国、俄罗斯、日本和印度。
事实上，现在世界上的大多数乏燃料并没有采用这两种处理方式，而是处于暂存的状态，分为在堆贮存和离堆贮存两种。
有核大国处理乏燃料的现状
全世界掌握了乏燃料后处理技术的国家有9个：法国、俄罗斯、英国、印度、日本、美国、比利时、德国、中国。
法国拥有世界上最大的轻水堆乏燃料后处理能力设施，即由AREVA公司运营的UP2-800和UP3工厂。这两个后处理厂总的运行能力达到 1700tU/a。后处理能力不仅满足国内需求，同时能够为日本、西班牙、瑞典等其他国家提供服务。
英国两个主要核燃料后处理厂都在塞拉菲尔德。塞拉菲尔德镁诺克斯燃料后处理厂（B205）处理镁诺克斯核电站产生的乏燃料，处理能力为 1500tHM/a； 塞拉菲尔德的 THORP 后处理厂处理改进型气冷堆（AGR）和压水堆（PWR）卸出的乏燃料，其处理能力为 1200tHM/a。
俄罗斯核电站每年卸出的乏燃料约为 710tU，其唯一的后处理厂是由玛雅克化学联合体经营的RT-1厂，处理能力为 400tU/a。俄罗斯正在制定乏燃料管理联邦法规，以便为乏燃料安全管理奠定法律基础。同时，俄罗斯国家原子能公司也在着手建立乏燃料安全管理相关机制。
印度在世界上是第三个建成普雷克斯（PUREX）水法后处理流程（用磷酸三丁酯萃取法从辐照核燃料中回收铀、钚的一种化工过程）的国家，世界上唯一对坎杜堆乏燃料进行后处理的工厂也在印度。目前有3个后处理厂正常运行，最早的特朗贝中试厂处理能力60t/a，后建成的塔拉普尔后处理厂（PREFRE 1和PREFRE 3B）主要处理重水堆燃料，处理能力分别是150t/a、200t/a。
日本东海村工厂的设计处理能力为270t/a，而其每年仅处理大概10t。该工厂1981年正式运行，迄今为止对日本各电力公司的约1100吨乏燃料进行了后处理。2014年9月，日本原子能开发机构宣布，因要满足新安全标准所需投资过大，决定废弃东海村后处理设施。日本核燃料有限公司（JNFL）拥有并经营6个所村商业后处理厂，该工厂的设计处理能力为800t/a，因为福岛核事故的影响，该工厂的正式运营一拖再拖，始终没有启动。
美国后处理研究工作一直很活跃，但时至今日没有商业后处理厂运行。2006年美国提出了全球核能合作伙伴（GNEP）计划，决定恢复包括后处理和快堆在内的核燃料闭式循环方案。然而，尽管21个国家已签署了这份协议，该协议却受到越来越严格的审查。美国国会削减了该项目的资金，能源部也推迟了该计划的实施。
