增殖堆的燃料利用率和核废料类型

理论上，天然铀中的所有铀238都可以转化为钚239。目前常用的直流式轻水堆只能利用地下铀资源的不到1%，而增殖堆可以提高利用率100倍以上。增殖堆的高燃料利用率大大降低了对地下贮存燃料供应的担忧。

20世纪90年代以来，核废料成为人类关注的对象。广义地说，乏燃料主要由两部分组成。一是裂变产物，比铀轻；第二种是超铀元素(比铀重的元素)，由铀和其他更重的元素吸收中子但不裂变产生。所有超铀元素在周期表中都属于锕系元素。

裂变产物的物理性质与超铀元素有很大不同。特别是裂变产物本身不会裂变，所以不能用于核武器。而且只有7种长寿命裂变产物的半衰期超过100年，这使得裂变产物的地质储存或处置比超铀元素更容易。

随着对核废料的日益关注，增殖燃料循环再次引起人们的关注，因为增殖反应堆可以减少锕系元素废物，特别是钚和次锕系元素。增殖堆的设计可以让锕系元素像燃料一样废物裂变，从而把锕系元素变成更多的裂变产物。

轻水堆乏燃料取出后将经历复杂的衰变。裂变产物的半衰期并不比超铀元素高一个数量级。如果超铀元素残留在乏燃料中，1000~100000年后乏燃料中的主要放射性大部分将由超铀元素产生。因此，从废物中去除超铀元素可以大大降低乏燃料中的长期放射性。

今天的商用轻水反应堆可以增殖一些新的裂变材料，主要是钚。因为商业反应堆不是设计为增殖反应堆，所以它们不能将足够的铀238转化为钚来替代消耗的铀235。然而，商用反应堆三分之一的能量来自燃料中钚的裂变。在这个钚消耗的基础上，轻水堆只消耗一部分钚和锕系元素，产生非裂变钚同位素和大量气态锕系元素。经过再处理后，用作混合氧化燃料的反应堆级钚通常只在轻水反应堆中循环一次，这在有限程度上减少了长期废弃的放射性废物。