核燃料后处理技术原指用化学分离和纯化的方法从经过辐照的核燃料中分离可裂变的钚同位素。但现代核燃料后处理已不仅仅着重于回收钚，还可以分离其它有用的元素，比如铀、甚至贵金属。后处理技术有多重目的，其重要性随着时代变化而起伏。起初，核燃料后处理的唯一目的是分离可以用于制造原子弹的钚。随着核电站的普及，乏燃料越来越多，于是钚被作为核燃料用于热中子堆。含有钚的混合氧化物核燃料能够产生更多的电力，同时还能够消耗一部分钚。占乏燃料绝大部分的后处理铀可以用于快中子增殖反应堆。理论上，快中子堆还可以燃烧锕系元素。但是在铀价低廉的时代，快中子堆商业化面临很多困难。核燃料后处理可以减少高放射性废物的体积，但却不能减低其放射性和衰变热。因此，核燃料后处理无法消除陆地埋藏核废料的必要性。政治上，核燃料后处理一直受到争议。有人声称该技术能够促进核扩散，以至于增加核恐怖主义的风险。核废料陆地埋藏点的选择也是一个热点问题。后处理的成本问题也一直为外界诟病。核燃料后处理厂造成的污染问题也是很多人反对此技术的一大动因。比如，大量自然界不存在放射性锝在核燃料后处理中进入环境。截至1986年，人类核反应堆一共排放了1600公斤锝，主要是在乏燃料后处理过程中排放的；大部分进入海洋。到2005年，最主要的排放源是英国谢拉斐尔德后处理厂（Sellafield Ltd）。据估计，1995年到1999年，该厂一共向爱尔兰海排放了900公斤锝。2000年后，法律规定该厂每年只能排放140公斤锝。该厂的排放导致某些海产品含有微量的锝。比如，英国坎布里亚郡西部捕获的欧洲龙虾和鱼含有1 Bq/公斤的锝。即便如此，欧洲许多国家、俄罗斯和日本都有商业运作的核燃料后处理厂。美国在布什总统当政时，曾有计划开始后处理核燃料，但该计划在奥巴马上台以后被搁置，而是着重于开展关于核燃料后处理的科学研究。

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