النفايات المشعة

عادةً ما تكون النفايات الناتجة عن المرحلة الأولى من دورة الوقود النووي عبارة عن نفايات باعثة لأشعة ألفا ناتجة عن استخراج اليورانيوم. وغالبًا ما تحتوي على الراديوم ونواتج تحلله.

يُعدّ مُركّز ثاني أكسيد اليورانيوم (UO₂ ₎ المُستخرج من المناجم أكثر إشعاعًا بألف مرة تقريبًا من الجرانيت المُستخدم في البناء. يُكرّر هذا المُركّز من الكعكة الصفراء ( _U₃O₈ )، ثم يُحوّل إلى غاز سادس فلوريد اليورانيوم ( _UF₆ ). وبصفته غازًا، يُخضع لعملية تخصيب لزيادة محتوى اليورانيوم-235 من 0.7% إلى حوالي 4.4% (يورانيوم _منخفض التخصيب). بعد ذلك ، يُحوّل إلى أكسيد خزفي صلب (UO₂ ₎ لاستخدامه في تجميع عناصر وقود المفاعلات النووية. ^{[ 15 ]}

المنتج الثانوي الرئيسي للتخصيب هو اليورانيوم المستنفد ، وخاصة نظير اليورانيوم -238 ، بنسبة يورانيوم-235 تبلغ حوالي 0.3%. يُخزن اليورانيوم المستنفد إما على شكل سادس فلوريد اليورانيوم (UF₆) _أو على شكل أكسيد اليورانيوم (U₃O₈ ) _{. يُستخدم} جزء منه في تطبيقات تجعله كثافته العالية للغاية ذا قيمة، مثل قذائف الدبابات ، وفي حالة واحدة على الأقل ، حتى في عارضة قارب شراعي . ^{[ 16 ]} كما يُستخدم مع البلوتونيوم في صناعة وقود الأكسيد المختلط (MOX) ولتخفيف تركيز اليورانيوم عالي التخصيب من مخزونات الأسلحة، والذي يُعاد توجيهه حاليًا ليصبح وقودًا للمفاعلات النووية.

تحتوي المرحلة الأخيرة من دورة الوقود النووي، والتي تتكون في معظمها من قضبان الوقود المستهلكة ، على نواتج انشطارية تُصدر إشعاعات بيتا وجاما، وأكتينيدات تُصدر جسيمات ألفا ، مثل اليورانيوم-234 (نصف عمره 245  ألف سنة)، والنبتونيوم-237 (2.144  مليون سنة)، والبلوتونيوم-238 (87.7  سنة)، والأمريكيوم-241 (432 سنة)، وأحيانًا بعض مُصدرات النيوترونات مثل الكاليفورنيوم (نصف عمره 898 سنة للكاليفورنيوم-251). تتشكل هذه النظائر في المفاعلات النووية .

من المهم التمييز بين معالجة اليورانيوم لإنتاج الوقود وإعادة معالجة الوقود المستهلك. يحتوي الوقود المستهلك على نواتج الانشطار المشعة للغاية (انظر النفايات عالية الإشعاع أدناه). العديد من هذه النواتج ماصة للنيوترونات، وتُسمى في هذا السياق "مُثبِّطات النيوترونات" . تتراكم هذه النواتج تدريجيًا حتى تصل إلى مستوى تمتص فيه عددًا كبيرًا من النيوترونات، مما يؤدي إلى توقف التفاعل المتسلسل، حتى مع إزالة قضبان التحكم بالكامل من المفاعل. عند هذه النقطة، يجب استبدال الوقود في المفاعل بوقود جديد، على الرغم من وجود كمية كبيرة من اليورانيوم-235 والبلوتونيوم . في الولايات المتحدة، يُخزَّن هذا الوقود المستهلك عادةً، بينما في دول أخرى مثل روسيا والمملكة المتحدة وفرنسا واليابان والهند، يُعاد معالجة الوقود لإزالة نواتج الانشطار، ويمكن بعد ذلك إعادة استخدامه. ^{[ 17 ]} تُعد نواتج الانشطار المُزالة من الوقود شكلاً مُركَّزًا من النفايات عالية الإشعاع، وكذلك المواد الكيميائية المستخدمة في هذه العملية. بينما تقوم معظم الدول بإعادة معالجة الوقود من خلال دورات البلوتونيوم الفردية، تخطط الهند لمخططات متعددة لإعادة تدوير البلوتونيوم ^{[ 18 ]} ، وتسعى روسيا إلى اتباع دورة مغلقة. ^{[ 19 ]}

يؤدي استخدام أنواع مختلفة من الوقود في المفاعلات النووية إلى اختلاف تركيب الوقود النووي المستهلك ، مع تباين منحنيات النشاط الإشعاعي. ويُعدّ اليورانيوم-238 المادة الأكثر وفرة، إلى جانب نظائر اليورانيوم الأخرى، والأكتينيدات الأخرى، ونواتج الانشطار، ونواتج التنشيط. ^{[ 20 ]}

تُعدّ النفايات المشعة طويلة الأمد الناتجة عن نهاية دورة الوقود النووي ذات أهمية بالغة عند تصميم خطة شاملة لإدارة النفايات النووية المستهلكة. عند دراسة التحلل الإشعاعي طويل الأمد، تُؤثر الأكتينيدات الموجودة في هذه النفايات تأثيرًا كبيرًا نظرًا لعمرها النصفي الطويل. ويختلف تركيب الأكتينيدات في هذه النفايات باختلاف نوع الوقود المستخدم في المفاعل النووي .

من الأمثلة على هذا التأثير استخدام الوقود النووي المحتوي على الثوريوم . يُعد الثوريوم-232 مادةً خصبةً قادرةً على الخضوع لتفاعل التقاط نيوتروني وتحللين بيتا سالبين، مما ينتج عنه اليورانيوم -233 القابل للانشطار. يحتوي الوقود النووي المستهلك في دورة تحتوي على الثوريوم على اليورانيوم-233. وسيؤثر تحلله الإشعاعي بشكل كبير على منحنى النشاط الإشعاعي طويل الأمد للوقود النووي المستهلك لمدة مليون عام تقريبًا. يمكن رؤية مقارنة النشاط الإشعاعي المرتبط باليورانيوم-233 لثلاثة أنواع مختلفة من الوقود النووي المستهلك في الشكل الموجود أعلى اليمين. أنواع الوقود المحترق هي: الثوريوم مع البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات (RGPu)، والثوريوم مع البلوتونيوم المستخدم في الأسلحة (WGPu)، ووقود الأكسيد المختلط (MOX، بدون ثوريوم). بالنسبة للثوريوم مع البلوتونيوم المستخدم في المفاعلات والبلوتونيوم المستخدم في الأسلحة، يمكن ملاحظة الكمية الأولية لليورانيوم-233 وتحلله لمدة مليون عام تقريبًا. وهذا يؤثر على منحنى النشاط الإشعاعي الكلي لأنواع الوقود الثلاثة. يؤدي الغياب الأولي لليورانيوم-233 ونواتجه المشتقة في وقود MOX إلى انخفاض النشاط الإشعاعي في المنطقة 3 من الشكل في أسفل اليمين، بينما يبقى المنحنى مرتفعًا بالنسبة لـ RGPu و WGPu نظرًا لوجود اليورانيوم-233 الذي لم يتحلل بالكامل. يمكن لإعادة معالجة الوقود النووي إزالة الأكتينيدات من الوقود المستهلك بحيث يمكن استخدامها أو تدميرها (انظر: نواتج الانشطار طويلة العمر §  الأكتينيدات ).

نظرًا لأن اليورانيوم والبلوتونيوم من مواد الأسلحة النووية ، فهناك مخاوف بشأن انتشارها. عادةً (في الوقود النووي المستهلك)، يكون البلوتونيوم من النوع المستخدم في المفاعلات . بالإضافة إلى البلوتونيوم-239 ، وهو مناسب جدًا لصنع الأسلحة النووية، فإنه يحتوي على كميات كبيرة من الملوثات غير المرغوب فيها: البلوتونيوم-240 ، والبلوتونيوم-241 ، والبلوتونيوم-238 . يصعب فصل هذه النظائر للغاية، وهناك طرق أكثر فعالية من حيث التكلفة للحصول على المواد الانشطارية (مثل تخصيب اليورانيوم أو مفاعلات إنتاج البلوتونيوم المخصصة). ^{[ 21 ]}

High-level waste is full of highly radioactive fission products, most of which are relatively short-lived. This is a concern since if the waste is stored, perhaps in deep geological storage, over many years the fission products decay, decreasing the radioactivity of the waste and making the plutonium easier to access. The undesirable contaminant Pu-240 decays faster than the Pu-239, and thus the quality of the bomb material increases with time (although its quantity decreases during that time as well). Thus, some have argued, as time passes, these deep storage areas have the potential to become "plutonium mines", from which material for nuclear weapons can be acquired with relatively little difficulty. Critics of the latter idea have pointed out the difficulty of recovering useful material from sealed deep storage areas makes other methods preferable. Specifically, high radioactivity and heat (80 °C in surrounding rock) greatly increase the difficulty of mining a storage area, and the enrichment methods required have high capital costs.^[22]

Pu-239 decays to U-235 which is suitable for weapons and which has a very long half-life (roughly 10⁹ years). Thus plutonium may decay and leave uranium-235. However, modern reactors are only moderately enriched with U-235 relative to U-238, so the U-238 continues to serve as a denaturation agent for any U-235 produced by plutonium decay.

One solution to this problem is to recycle the plutonium and use it as a fuel e.g. in fast reactors. In pyrometallurgical fast reactors, the separated plutonium and uranium are contaminated by actinides and cannot be used for nuclear weapons.

يحتوي الفحم على كمية ضئيلة من اليورانيوم والباريوم والثوريوم والبوتاسيوم المشعة، ولكن في حالة الفحم النقي، تكون هذه الكمية أقل بكثير من متوسط ​​تركيز هذه العناصر في قشرة الأرض . أما الطبقات المحيطة، كالصخر الزيتي أو الطيني، فغالباً ما تحتوي على كمية أكبر قليلاً من المتوسط، وقد ينعكس ذلك أيضاً في محتوى الرماد في أنواع الفحم "الملوثة". ^{[ 26 ] [ 31 ]} تتركز المعادن الأكثر نشاطاً في الرماد المتطاير تحديداً لأنها لا تحترق جيداً. ^{[ 26 ]} يُقارب النشاط الإشعاعي للرماد المتطاير النشاط الإشعاعي للصخر الزيتي الأسود ، وهو أقل من صخور الفوسفات ، ولكنه يُثير قلقاً أكبر لأن كمية ضئيلة منه تتسرب إلى الغلاف الجوي حيث يمكن استنشاقها. ^{[ 32 ]} وفقًا لتقارير المجلس الوطني الأمريكي للحماية من الإشعاع والقياسات (NCRP)، يبلغ تعرض السكان للإشعاع من محطات توليد الطاقة بقدرة 1000 ميغاواط 490 ريمًا للشخص سنويًا لمحطات توليد الطاقة بالفحم، أي ما يعادل 100 ضعف التعرض لمحطات الطاقة النووية (4.8 ريمًا للشخص سنويًا). أما التعرض الناتج عن دورة الوقود النووي الكاملة، بدءًا من التعدين وحتى التخلص من النفايات، فيبلغ 136 ريمًا للشخص سنويًا؛ بينما القيمة المقابلة لاستخدام الفحم، بدءًا من التعدين وحتى التخلص من النفايات، "غير معروفة على الأرجح". ^{[ 26 ]}

تحتوي مخلفات صناعة النفط والغاز غالبًا على الراديوم ونواتج تحلله. قد تكون رواسب الكبريتات في آبار النفط غنية بالراديوم، بينما يحتوي الماء والنفط والغاز المستخرج من البئر عادةً على الرادون . يتحلل الرادون مكونًا نظائر مشعة صلبة تُشكل طبقات على الجدران الداخلية للأنابيب. في مصانع تكرير النفط، غالبًا ما تكون منطقة معالجة البروبان من أكثر المناطق تلوثًا، نظرًا لتشابه درجة غليان الرادون مع البروبان. ^{[ 33 ]}

تُشكل العناصر المشعة مشكلة صناعية في بعض آبار النفط، حيث يتعرض العمال الذين يتعاملون مباشرة مع النفط الخام والمحلول الملحي لجرعات ذات آثار صحية سلبية. ونظرًا للتركيز العالي نسبيًا لهذه العناصر في المحلول الملحي، فإن التخلص منه يُمثل تحديًا تقنيًا. مع ذلك، ومنذ ثمانينيات القرن الماضي، في الولايات المتحدة، يُستثنى المحلول الملحي من لوائح النفايات الخطرة، ويمكن التخلص منه بغض النظر عن محتواه من المواد المشعة أو السامة. ^{[ 34 ]}

بسبب التواجد الطبيعي للعناصر المشعة مثل الثوريوم والراديوم في خامات العناصر الأرضية النادرة ، فإن عمليات التعدين تؤدي أيضاً إلى إنتاج نفايات ورواسب معدنية مشعة بشكل طفيف. ^{[ 35 ]}

يتطلب التخزين طويل الأمد للنفايات المشعة تثبيتها في شكل لا يتفاعل ولا يتحلل لفترات طويلة. ويُفترض أن إحدى طرق تحقيق ذلك هي التزجيج . ^{[ 66 ]} في سيلافيلد حاليًا، تُخلط النفايات عالية الإشعاع ( الراشح الناتج من الدورة الأولى لمفاعل بيوركس) بالسكر ثم تُكلس. تتضمن عملية التكليس تمرير النفايات عبر أنبوب دوار ساخن. تهدف هذه العملية إلى تبخير الماء من النفايات وإزالة النترات من نواتج الانشطار لتعزيز استقرار الزجاج الناتج. ^{[ 67 ]}

يُغذّى "الكلس" الناتج باستمرار إلى فرن مُسخّن بالحثّ مع الزجاج المُجزّأ . ^{[ 68 ]} الزجاج الناتج مادة جديدة تتحد فيها النفايات مع مصفوفة الزجاج عند تصلّبها. يُصبّ هذا المنتج، وهو في حالة انصهار، في حاويات أسطوانية من الفولاذ المقاوم للصدأ ("أسطوانات") في عملية دفعية. عند التبريد، يتجمّد السائل ("يتزجّج") ليُصبح زجاجًا. بعد تشكّله، يُصبح الزجاج شديد المقاومة للماء. ^{[ 69 ]}

بعد ملء الأسطوانة، يُلحم مانع تسرب على رأسها. ثم تُغسل الأسطوانة. وبعد فحصها للتأكد من خلوها من التلوث الخارجي، تُخزن الأسطوانة الفولاذية، عادةً في مستودع تحت الأرض. وبهذه الطريقة، يُتوقع أن تبقى النفايات ثابتة لآلاف السنين. ^{[ 70 ]}

عادةً ما يكون الزجاج الموجود داخل الأسطوانة مادة سوداء لامعة. يُجرى هذا العمل (في المملكة المتحدة) باستخدام أنظمة الخلايا الساخنة . يُضاف السكر للتحكم في تفاعلات الروثينيوم ومنع تكوّن أكسيد الروثينيوم المتطاير (RuO₄ ₎ الذي يحتوي على نظائر مشعة من الروثينيوم . في الغرب، يكون الزجاج عادةً من زجاج البوروسيليكات (مشابه للبايركس )، بينما في الاتحاد السوفيتي السابق ، كان من الشائع استخدام زجاج الفوسفات . ^{[ 71 ]} يجب الحد من كمية نواتج الانشطار في الزجاج لأن بعضها ( البلاديوم ، ومعادن مجموعة البلاتين الأخرى، والتيلوريوم ) تميل إلى تكوين أطوار معدنية تنفصل عن الزجاج. تستخدم عملية التزجيج الكتلي أقطابًا كهربائية لصهر التربة والنفايات، التي تُدفن بعد ذلك تحت الأرض. ^{[ 72 ]} في ألمانيا، تعالج محطة تزجيج النفايات من محطة تجريبية صغيرة لإعادة المعالجة أُغلقت لاحقًا. ^{[ 67 ] [ 73 ]}

ثمة طريقة أخرى لتثبيت النفايات في شكل لا يتفاعل أو يتحلل لفترات طويلة، وهي التثبيت عبر دمجها مباشرةً في مادة خزفية بلورية أساسها الفوسفات. تُظهر التركيبة الكيميائية المتنوعة للخزف الفوسفاتي في ظل ظروف مختلفة مادة متعددة الاستخدامات قادرة على تحمل التحلل الكيميائي والحراري والإشعاعي بمرور الوقت. وتُتيح خصائص الفوسفات، ولا سيما الفوسفات الخزفي، من حيث الاستقرار ضمن نطاق واسع من الرقم الهيدروجيني، وانخفاض المسامية، وتقليل النفايات الثانوية، إمكانيات لتقنيات جديدة لتثبيت النفايات. ^{[ 74 ]}

من الشائع في الصناعة النووية معالجة النفايات متوسطة النشاط الإشعاعي بالتبادل الأيوني أو بوسائل أخرى لتركيز النشاط الإشعاعي في حجم صغير. ثم يتم التخلص من الجزء الأكبر الأقل إشعاعًا (بعد المعالجة). على سبيل المثال، يمكن استخدام ندفات هيدروكسيد الحديديك لإزالة المعادن المشعة من المحاليل المائية. ^{[ 75 ]} بعد امتصاص النظائر المشعة على هيدروكسيد الحديديك، يمكن وضع الحمأة الناتجة في برميل معدني قبل خلطها بالأسمنت لتكوين نفايات صلبة. ^{[ 76 ]} وللحصول على أداء أفضل على المدى الطويل (استقرار ميكانيكي) لهذه النفايات، يمكن تصنيعها من خليط من الرماد المتطاير ، أو خبث أفران الصهر ، والأسمنت البورتلاندي ، بدلًا من الخرسانة العادية (المصنوعة من الأسمنت البورتلاندي والحصى والرمل).

يُعدّ الصخر الاصطناعي الأسترالي ( Synroc ) طريقةً أكثر تطورًا لتثبيت هذه النفايات، وقد يُستخدم هذا الأسلوب تجاريًا في نهاية المطاف لمعالجة النفايات المدنية (ويجري تطويره حاليًا لمعالجة النفايات العسكرية الأمريكية). ابتكر الصخر الاصطناعي تيد رينغوود، عالم الجيوكيمياء في الجامعة الوطنية الأسترالية . ^{[ 77 ]} يحتوي الصخر الاصطناعي على معادن من نوع البيركلور والكريبتوميلان. صُمم الشكل الأصلي من الصخر الاصطناعي (Synroc C) لمعالجة النفايات السائلة عالية الإشعاع (الرافينات الناتجة عن مفاعل الماء الخفيف PUREX) . _{المعادن} الرئيسية في هذا الصخر الاصطناعي هي الهولانديت (BaAl₂Ti₆O₁₆ ₎ ، والزركونوليت (CaZrTi₂O₇ ₎ ، _{والبيروفسكيت (} CaTiO₃ ) . يُعدّ الزركونوليت والبيروفسكيت مضيفين للأكتينيدات ، حيث يُثبّت السترونتيوم والباريوم في البيروفسكيت، بينما _يُثبّت السيزيوم في الهولانديت . بدأ إنشاء محطة معالجة النفايات التابعة لشركة Synroc في عام 2018 في ANSTO . ^{[ 78 ]}

أظهرت الطحالب انتقائيةً تجاه السترونتيوم في الدراسات، بينما لم تُظهر معظم النباتات المستخدمة في المعالجة الحيوية انتقائيةً بين الكالسيوم والسترونتيوم، إذ غالبًا ما تُصبح مشبعةً بالكالسيوم الموجود بكميات أكبر في النفايات النووية. يُصنّف السترونتيوم-90، الذي يبلغ عمر النصف له حوالي 30 عامًا، ضمن النفايات عالية الإشعاع. ^{[ 86 ]}

درس الباحثون التراكم الحيوي للسترونتيوم بواسطة طحلب Scenedesmus spinosus في مياه الصرف الصحي المُحاكاة. تشير الدراسة إلى قدرة امتصاص حيوي انتقائية عالية للسترونتيوم لدى هذا الطحلب، مما يوحي بأنه قد يكون مناسبًا للاستخدام في معالجة مياه الصرف الصحي النووية. [ ^{87 ] كما} وجدت دراسة أجريت على طحلب Closterium moniliferum ، وهو طحلب بركة ، باستخدام السترونتيوم غير المشع، أن تغيير نسبة الباريوم إلى السترونتيوم في الماء يُحسّن من انتقائية السترونتيوم. ^{[ 86 ]}

تتضمن عملية التخزين الجاف عادةً أخذ النفايات من حوض الوقود المستهلك وتغليفها (مع غاز خامل ) في أسطوانة فولاذية ، توضع بدورها داخل أسطوانة خرسانية تعمل كدرع واقٍ من الإشعاع. وهي طريقة غير مكلفة نسبيًا، ويمكن تنفيذها في منشأة مركزية أو بجوار مفاعل المصدر. ويمكن استعادة النفايات بسهولة لإعادة معالجتها. ^{[ 88 ]}

تجري حاليًا في عدة دول عملية اختيار مواقع مناسبة للتخلص النهائي من النفايات عالية الإشعاع والوقود النووي المستهلك، ومن المتوقع تشغيل أول موقع منها بعد عام ٢٠١٠. وتقوم الفكرة الأساسية على تحديد تكوين جيولوجي كبير ومستقر، واستخدام تقنيات التعدين لحفر نفق، أو استخدام آلات حفر أنفاق ذات قطر كبير (شبيهة بتلك المستخدمة في حفر نفق المانش من إنجلترا إلى فرنسا) لحفر بئر بعمق يتراوح بين ٥٠٠ و ١٠٠٠ متر (١٦٠٠ إلى ٣٣٠٠ قدم) تحت سطح الأرض، حيث يمكن حفر غرف أو أقبية للتخلص من النفايات المشعة عالية الإشعاع. والهدف هو عزل النفايات النووية بشكل دائم عن البيئة البشرية. ولا يزال الكثيرون غير مرتاحين لفكرة التوقف الفوري عن إدارة هذا النظام للتخلص من النفايات، مقترحين أن الإدارة والمراقبة المستمرة ستكون أكثر حكمة. 

نظرًا لأن بعض المواد المشعة لها عمر نصفي يزيد عن مليون عام، يجب أخذ معدلات التسرب من الحاويات وانتقال النويدات المشعة، حتى المنخفضة منها، في الحسبان. ^{[ 90 ]} علاوة على ذلك، قد يتطلب الأمر أكثر من عمر نصفي واحد حتى تفقد بعض المواد النووية ما يكفي من النشاط الإشعاعي لتتوقف عن كونها قاتلة للكائنات الحية. وقد خلصت مراجعة أجرتها الأكاديمية الوطنية للعلوم عام 1983 لبرنامج التخلص من النفايات المشعة في السويد إلى أن تقدير الدولة بأن عدة مئات الآلاف من السنين - وربما تصل إلى مليون عام - ضرورية لعزل النفايات "مبرر تمامًا". ^{[ 91 ]}

تعتمد طريقة التخلص من النفايات النووية المقترحة، والمستندة إلى عملية الاندساس الأرضي، على التخلص من النفايات النووية في منطقة اندساس يمكن الوصول إليها من اليابسة، وبالتالي فهي غير محظورة بموجب الاتفاقيات الدولية. وقد وُصفت هذه الطريقة بأنها الوسيلة الأكثر جدوى للتخلص من النفايات المشعة، ^{[ 92 ]} وبأنها أحدث التقنيات المتاحة في مجال التخلص من النفايات النووية حتى عام 2001. ^{[ 93 ]}

ثمة نهج آخر يُعرف باسم "إعادة المزج والإرجاع " ^{[ 94 ]} ، يقوم على مزج النفايات عالية الإشعاع مع مخلفات مناجم ومطاحن اليورانيوم حتى مستوى الإشعاع الأصلي لخام اليورانيوم ، ثم إعادة استخدامها في مناجم اليورانيوم غير النشطة. يتميز هذا النهج بتوفير فرص عمل لعمال المناجم الذين سيعملون أيضًا كموظفين للتخلص من النفايات، وتسهيل دورة كاملة للمواد المشعة، ولكنه غير مناسب لوقود المفاعلات المستهلك في حال عدم إعادة معالجته، نظرًا لاحتوائه على عناصر مشعة شديدة السمية مثل البلوتونيوم.

التخلص من النفايات في الآبار العميقة هو مفهوم يهدف إلى التخلص من النفايات المشعة عالية المستوى الناتجة عن المفاعلات النووية في آبار عميقة للغاية. ويسعى هذا الأسلوب إلى وضع النفايات على عمق يصل إلى 5 كيلومترات (3.1 ميل) تحت سطح الأرض، ويعتمد بشكل أساسي على الحاجز الجيولوجي الطبيعي الهائل لحصر النفايات بشكل آمن ودائم، بحيث لا تشكل أي تهديد للبيئة. تحتوي قشرة الأرض على 120 تريليون طن من الثوريوم و40 تريليون طن من اليورانيوم (بتركيزات ضئيلة نسبياً تبلغ أجزاءً في المليون، أي ما يعادل 3 × 10^ ¹⁹ طن من كتلة القشرة)، بالإضافة إلى نظائر مشعة طبيعية أخرى. ^{[ 95 ] [ 96 ] [ 97 ]} بما أن نسبة النويدات التي تتحلل لكل وحدة زمنية تتناسب عكسيًا مع نصف عمر النظير، فإن النشاط الإشعاعي النسبي للكمية الأقل من النظائر المشعة التي ينتجها الإنسان (آلاف الأطنان بدلاً من تريليونات الأطنان) سيقل بمجرد تحلل النظائر ذات أنصاف الأعمار الأقصر بكثير من معظم النظائر المشعة الطبيعية. 

في يناير/كانون الثاني 2013، رفض مجلس مقاطعة كمبريا مقترحات الحكومة المركزية البريطانية لبدء العمل على إنشاء مدفن تحت الأرض للنفايات النووية بالقرب من منتزه ليك ديستريكت الوطني . وصرح إد ديفي، وزير الطاقة آنذاك، قائلاً: "ستكون هناك حزمة فوائد مجتمعية كبيرة لأي مجتمع مضيف، بقيمة مئات الملايين من الجنيهات الإسترلينية". ومع ذلك، صوت المجلس المحلي المنتخب بأغلبية 7 أصوات مقابل 3 ضد استمرار البحث، بعد الاستماع إلى أدلة من جيولوجيين مستقلين تفيد بأن "الطبقات المتصدعة في المقاطعة لا يمكن الوثوق بها لتخزين مثل هذه المواد الخطرة، وأنها تشكل خطراً يدوم لآلاف السنين". ^{[ 98 ] [ 99 ]}

يشير مصطلح "التخلص الأفقي من النفايات المشعة" إلى مقترحات لحفر أكثر من كيلومتر واحد عموديًا، وكيلومترين أفقيًا في قشرة الأرض، بهدف التخلص من النفايات عالية الإشعاع مثل الوقود النووي المستهلك، والسيزيوم-137، والسترونتيوم-90. بعد عملية الحفر وفترة إمكانية الاستخراج، تُردم الحفرة وتُغلق. أجرت شركة خاصة مقرها الولايات المتحدة سلسلة من الاختبارات على هذه التقنية في نوفمبر 2018، ثم عُرضت مرة أخرى علنًا في يناير 2019. ^{[ 100 ]} أظهر الاختبار وضع عبوة اختبار في حفرة أفقية واستخراجها. لم تُستخدم أي نفايات مشعة حقيقية في الاختبار. ^{[ 101 ] [ 102 ]}

وخلص تقرير مركز الأبحاث المشتركة التابع للمفوضية الأوروبية لعام 2021 (انظر أعلاه) إلى ما يلي: ^{[ 103 ]}

Management of radioactive waste and its safe and secure disposal is a necessary step in the lifecycle of all applications of nuclear science and technology (nuclear energy, research, industry, education, medical, and others). Radioactive waste is therefore generated in practically every country, the largest contribution coming from the nuclear energy lifecycle in countries operating nuclear power plants. Presently, there is broad scientific and technical consensus that disposal of high-level, long-lived radioactive waste in deep geologic formations is, at the state of today’s knowledge, considered as an appropriate and safe means of isolating it from the biosphere for very long time scales.

From 1946 through 1993, thirteen countries used ocean disposal or ocean dumping as a method to dispose of nuclear/radioactive waste with an approximation of 200,000 tons sourcing mainly from the medical, research and nuclear industry.^[104]

Ocean floor disposal of radioactive waste has been suggested by the finding that deep waters in the North Atlantic Ocean do not present an exchange with shallow waters for about 140 years based on oxygen content data recorded over a period of 25 years.^[105] They include burial beneath a stable abyssal plain, burial in a subduction zone that would slowly carry the waste downward into the Earth's mantle,^[106][107] and burial beneath a remote natural or human-made island. While these approaches all have merit and would facilitate an international solution to the problem of disposal of radioactive waste, they would require an amendment of the Law of the Sea.^[108]

Nuclear submarines have been lost and these vessels reactors must also be counted in the amount of radioactive waste deposited at sea.

Article 1 (Definitions), 7., of the 1996 Protocol to the Convention on the Prevention of Marine Pollution by Dumping of Wastes and Other Matter, (the London Dumping Convention) states:

""Sea" means all marine waters other than the internal waters of States, as well as the seabed and the subsoil thereof; it does not include sub-seabed repositories accessed only from land."

طُرحت مقترحات لمفاعلات تستهلك النفايات النووية وتحولها إلى نفايات نووية أخرى أقل ضررًا أو ذات عمر أقصر. وعلى وجه الخصوص، كان المفاعل السريع المتكامل مفاعلًا نوويًا مقترحًا ذو دورة وقود نووي لا ينتج نفايات عابرة لليورانيوم، بل ويمكنه استهلاكها. وقد وصل هذا المفاعل إلى مرحلة التجارب واسعة النطاق، لكن الحكومة الأمريكية ألغته في نهاية المطاف. وهناك نهج آخر، يُعتبر أكثر أمانًا ولكنه يتطلب مزيدًا من التطوير، وهو تخصيص مفاعلات دون حرجة لتحويل العناصر العابرة لليورانيوم المتبقية.

يُعد البلوتونيوم-239 أحد النظائر الموجودة في النفايات النووية، ويُثير مخاوف بشأن انتشارها. ويعود المخزون الكبير من البلوتونيوم إلى إنتاجه داخل المفاعلات التي تعمل باليورانيوم، وإلى إعادة معالجة البلوتونيوم المستخدم في الأسلحة خلال برنامج الأسلحة النووية. ومن الخيارات المتاحة للتخلص من هذا البلوتونيوم استخدامه كوقود في مفاعلات الماء الخفيف التقليدية. وتجري حاليًا دراسة أنواع عديدة من الوقود ذات كفاءات متفاوتة في تدمير البلوتونيوم.

حُظرت عملية التحويل النووي في الولايات المتحدة في أبريل 1977 بقرار من الرئيس الأمريكي كارتر بسبب خطر انتشار البلوتونيوم، ^{[ 109 ]} إلا أن الرئيس ريغان ألغى الحظر في عام 1981. ^{[ 110 ]} ونظرًا للخسائر والمخاطر الاقتصادية، لم يُستأنف بناء محطات إعادة المعالجة خلال تلك الفترة. وبسبب ارتفاع الطلب على الطاقة، استمر العمل على هذه الطريقة في الاتحاد الأوروبي . وقد أسفر ذلك عن إنشاء مفاعل بحثي نووي عملي يُسمى "ميرها" يُمكن فيه إجراء التحويل النووي. بالإضافة إلى ذلك، بدأ برنامج بحثي جديد يُسمى "أكتينت" في الاتحاد الأوروبي لجعل التحويل النووي ممكنًا على نطاق صناعي. ووفقًا للشراكة العالمية للطاقة النووية (GNEP) التي أطلقها الرئيس الأمريكي بوش عام 2007، تُشجع الولايات المتحدة بنشاط الأبحاث المتعلقة بتقنيات التحويل النووي اللازمة للحد بشكل كبير من مشكلة معالجة النفايات النووية. ^{[ 111 ]}

أُجريت أيضًا دراسات نظرية تناولت استخدام مفاعلات الاندماج النووي كـ"حارقات للأكتينيدات"، حيث يمكن "تطعيم" بلازما مفاعل الاندماج، كما هو الحال في مفاعل التوكاماك ، بكمية ضئيلة من ذرات العناصر العابرة لليورانيوم "الثانوية"، والتي ستتحول (أي تنشطر في حالة الأكتينيدات) إلى عناصر أخف عند قصفها المتتالي بالنيوترونات عالية الطاقة الناتجة عن اندماج الديوتيريوم والتريتيوم في المفاعل. وقد وجدت دراسة أجريت في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن مفاعلين أو ثلاثة مفاعلات اندماج نووي فقط، بمعايير مماثلة لمعايير المفاعل التجريبي النووي الحراري الدولي (ITER)، قادرة على تحويل كامل الإنتاج السنوي للأكتينيدات الثانوية من جميع مفاعلات الماء الخفيف العاملة حاليًا في أسطول المفاعلات الأمريكية، مع توليد ما يقارب 1 جيجاوات من الطاقة من كل مفاعل في الوقت نفسه. ^{[ 112 ]}

تُدرس أيضًا فرص إدارة النفايات النووية عن طريق التحويل النووي في مسرعات الجسيمات الخطية . ومن خلال برنامج "التحويل النووي الأمثل لنفايات الطاقة النووية الآن" (NEWTON) التابع لوكالة مشاريع البحوث المتقدمة في مجال الطاقة ( ARPA-E) بوزارة الطاقة الأمريكية ، تهدف الوزارة إلى استكشاف التحويل النووي المُجدي اقتصاديًا على نطاق واسع لتحويل مخزون الوقود النووي الأمريكي المُستخدَم تجاريًا خلال 30 عامًا، مع التركيز بشكل أساسي على تكنولوجيا مسرعات الجسيمات . ويتوقع البرنامج معالجة الوقود النووي المُستخدَم لتقليل الوقت اللازم لوصول خام اليورانيوم الطبيعي إلى مستوى السمية الإشعاعية ، من 100,000 عام من التبريد إلى 300 عام. ^{[ 113 ]} تُستخدم حزم البروتونات عالية الطاقة في إنتاج حزم النيوترونات من خلال التصادم مع هدف من العناصر الثقيلة، مثل الرصاص أو البزموت، في عملية تُسمى التفتت النووي. ويُعد تقليل حجم وتكلفة هذا الإعداد مجالًا رئيسيًا للتركيز من أجل الجدوى العملية لهذه العملية. ^{[ 114 ]}

اقترح جيرار مورو، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2018، استخدام تضخيم النبضات المُعدَّلة التردد لتوليد نبضات ليزر عالية الطاقة وقصيرة المدة، إما لتسريع الديوترونات نحو هدف من التريتيوم مما يُسبب تفاعلات اندماجية تُنتج نيوترونات سريعة، أو لتسريع البروتونات لتفتيت النيوترونات ، وكلا الطريقتين مُصممتان لتحويل النفايات النووية. ^{[ 115 ] [ 116 ] [ 117 ]}

يحتوي الوقود النووي المستهلك على كميات وفيرة من اليورانيوم الخصب وآثار من المواد الانشطارية. ^{[ 20 ]} ويمكن استخدام طرق مثل عملية PUREX لإزالة الأكتينيدات المفيدة لإنتاج الوقود النووي النشط.

ثمة خيار آخر يتمثل في إيجاد تطبيقات للنظائر الموجودة في النفايات النووية لإعادة استخدامها . ^{[ 118 ]} ويُستخلص بالفعل السيزيوم-137 والسترونتيوم-90 وبعض النظائر الأخرى لاستخدامها في تطبيقات صناعية محددة، مثل تشعيع الأغذية ومولدات الطاقة الكهروحرارية التي تعمل بالنظائر المشعة . ورغم أن إعادة الاستخدام لا تُغني عن إدارة النظائر المشعة، إلا أنها تُسهم في تقليل كمية النفايات المُنتجة.

طريقة إنتاج الهيدروكربونات بمساعدة الطاقة النووية، ^{[ 119 ]} طلب براءة اختراع كندية رقم 2,659,302، هي طريقة للتخزين المؤقت أو الدائم لنفايات المواد النووية، وتتضمن وضع هذه النفايات في مستودع واحد أو أكثر أو في آبار محفورة داخل تكوين نفطي غير تقليدي . يعمل التدفق الحراري لهذه النفايات على تكسير التكوين وتغيير الخصائص الكيميائية و/أو الفيزيائية لمواد الهيدروكربونات داخله، مما يسمح بإزالة هذه المواد المتغيرة. وينتج عن ذلك خليط من الهيدروكربونات والهيدروجين و/أو سوائل أخرى من التكوين. توفر الإشعاعية العالية للنفايات المشعة مقاومةً لانتشار البلوتونيوم الموضوع في محيط المستودع أو في أعمق جزء من البئر.

يمكن تشغيل مفاعلات التوليد باستخدام اليورانيوم-238 والعناصر العابرة لليورانيوم، والتي تشكل غالبية النشاط الإشعاعي للوقود المستهلك في الفترة الزمنية من 1000 إلى 100000 عام.

يُعدّ التخلص من النفايات النووية في الفضاء خيارًا جذابًا لأنه يُزيلها من كوكب الأرض. إلا أنه ينطوي على عيوبٍ جسيمة، كاحتمالية حدوث عطلٍ كارثي في ​​مركبة الإطلاق ، ما قد يُؤدي إلى انتشار المواد المشعة في الغلاف الجوي وحول العالم. كما يتطلب الأمر عددًا كبيرًا من عمليات الإطلاق، إذ لا يستطيع أي صاروخ بمفرده حمل كمية كبيرة من المواد مقارنةً بالكمية الإجمالية المراد التخلص منها. وهذا ما يجعل هذا المقترح غير عملي من الناحية الاقتصادية، ويزيد من خطر فشل عملية إطلاق واحدة أو أكثر. ^{[ 120 ]} ومما يزيد الأمر تعقيدًا، ضرورة وضع اتفاقيات دولية لتنظيم مثل هذا البرنامج. ^{[ 121 ]} وقد كانت تكاليف أنظمة إطلاق الصواريخ الحديثة المخصصة للتخلص من النفايات النووية في الفضاء، وعدم موثوقيتها الكافية، من بين دوافع الاهتمام بأنظمة إطلاق فضائية غير صاروخية ، مثل محركات الدفع الكتلية ، والمصاعد الفضائية ، وغيرها من المقترحات. ^{[ 122 ]}

بعد معارضة شديدة للخطط والمفاوضات بين منغوليا واليابان والولايات المتحدة لبناء مرافق لتخزين النفايات النووية في منغوليا، أوقفت منغوليا جميع المفاوضات في سبتمبر/أيلول 2011. وكانت هذه المفاوضات قد بدأت بعد زيارة نائب وزير الطاقة الأمريكي، دانيال بونيمان، لمنغوليا في سبتمبر/أيلول 2010. وجرت محادثات في واشنطن العاصمة بين مسؤولين من اليابان والولايات المتحدة ومنغوليا في فبراير/شباط 2011. بعد ذلك، انضمت الإمارات العربية المتحدة ، التي كانت ترغب في شراء وقود نووي من منغوليا، إلى المفاوضات. أُبقيت المحادثات سرية، وعلى الرغم من أن صحيفة "ماينيتشي ديلي نيوز" نشرت عنها في مايو/أيار، إلا أن منغوليا نفت رسمياً وجود هذه المفاوضات. أثار هذا الخبر قلق المواطنين المنغوليين، فاحتجوا على الخطط وطالبوا الحكومة بسحبها والكشف عن المعلومات. وأصدر الرئيس المنغولي، تساخياجين إلبغدورج، مرسوماً رئاسياً في 13 سبتمبر/أيلول يحظر جميع المفاوضات مع الحكومات الأجنبية أو المنظمات الدولية بشأن خطط تخزين النفايات النووية في منغوليا. ^{[ 127 ]} اتهمت الحكومة المنغولية الصحيفة بنشر ادعاءات كاذبة في أنحاء العالم. وبعد صدور الأمر الرئاسي، قام الرئيس المنغولي بفصل الشخص الذي يُزعم تورطه في هذه المحادثات.