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核燃料循環（nuclear fuel cycle），為核動力反應堆供應燃料和其後的所有處理和處置過程的各個階段。它包括鈾的採礦，加工提純，化學轉化，同位素濃縮，燃料元件製造，元件在反應堆中使用，核燃料后處理，廢物處理和處置等。核燃料循環有3種主要型式：①一次通過。使用過的燃料元件不進行后處理，而直接作為廢物加以處置。②熱中子堆中再循環。使用過的燃料元件經后處理回收其中未用完的鈾和新產生的鈈，返回重新製造元件，循環使用。③快中子增殖堆中再循環。快中子增殖堆燃料由鈈和貧化鈾構成。使用過後，經后處理回收其中鈾和鈈，返回循環使用。在這種反應堆中由鈾238吸收中子生成的鈈比由於裂變而消耗掉的鈈還要多，因此可以實現核燃料（鈈）的增殖。另一種不常用的核燃料是釷，它來自自然界的釷礦。釷232在反應堆中吸收中子后可轉化為另外一種核燃料鈾233。因此，由鈾233和釷結合使用也構成核燃料循環。