• 混合氧化物（MOX）燃料提供了约2%目前使用的新的核燃料。
• MOX燃料是由核废料中提取再生产的钚加工得来的。
• MOX燃料还提供了以燃烧武器级钚（来自军方消息）来发电的方法。

在每个反应堆中，都有两个裂变同位素，例如²³⁵U，以及由于中子俘获产生新的更重的同位素，主要是²³⁸U。反应堆中大部分燃料是²³⁸U，它可以生成²³⁹Pu以及连续的中子俘获²⁴⁰Pu、²⁴¹Pu、²⁴²P以及其他超铀同位素（请参阅钚）。和²³⁵U类似，²³⁹Pu和²⁴¹Pu是易裂变的（同时²³⁵U也有非常少量的²³⁶Pu和²³⁸Pu产生。）

一般情况下，伴随着燃料每三年左右一次改变，有大约一半的²³⁹Pu在反应堆中“燃烧”，提供了大约三分之一的总能量。它像²³⁵U一样裂变放射出能量。在燃料废物中，它可以保持较高的燃烧程，也可以产生更少的裂变污染。一般情况下，约有1%的放射性燃料使用退出钚反应堆 ，从世界角度，在乏燃料中每年有大约70吨的Pu在反应堆装料时被卸载。

在乏燃料中，钚（铀）是可以通过再加工回收的，钚可以用在制造混合氧化物（MOX）核燃料通过发电提供能量。（基于轻水反应堆45 GWd/tU的燃耗深度）钚以MOX燃料的单循环形式回收利用，可以将天然铀的资源利用率提高12%，如果铀也进行回收，这个值将增加到22%。

如今，使用循环生产分离的铀和钚占有显著比例，信息来源包括前军事情报部门。它相当于世界上天然矿山三年的供应量。

MOX燃料用途

MOX燃料在1963年首次应用于热中子反应堆，但是直到二十世纪80年代才投入商业化使用，到目前为止大约2 000吨混合氧化物燃料制造并且加载到动力反应堆。2006年约180吨混合氧化物燃料被加载到30多个反应堆在欧洲(主要是压水式反应堆)。

今天MOX燃料广泛应用于欧洲和日本。目前约有40个欧洲国家(比利时、瑞士、德国和法国)的反应堆被允许使用MOX燃料，并且有超过30多家都是这么做的。在日本大约有10个反应堆在使用它，剩下的也在这样做。这些反应堆通常使用MOX燃料作为核心的约三分之一使用,但有些人会接受高达50%的核燃料组件。法国900兆瓦的核反应堆至少有三分之一应用这种燃料。日本计划在不久的将来使三分之一的反应堆采用这种燃料，并且预计将启动一个1 383兆瓦反应堆，完整的采用MOX燃料装载在Ohma工厂，或者在2014年下旬应用于其他先进的轻水反应堆，如果EPR或AP1000可以接受MOX的完整燃料载荷。

二十世纪60年代和70年代美国在开发几个关于MOX燃料使用的项目（San Onofre, Ginna PWRs, Dresden, Quad Cities and Big Rock Point）他们表现出可行性，同时类似二氧化铀燃料。2005年时上面提到的4个测试程序集由Melox在法国卡托巴族电站测试成功。

使用50％的混合氧化物不会改变反应器的运行特性，尽管如此工厂还是需要进行相应的调整来适应它，我们需要更多的控制杆。但是对于超过50％的混合氧化物装载来说，就会有显著变化，MOX燃料的燃烧虽然与UOX燃料的燃烧有相同之处，但是反应器还是需要进行相应的改造，比如新的设计。

MOX燃料的一个优势在于，钚的添加可以简单的使裂变燃料浓度的增加，而通过铀浓缩至更高水平的²³⁵U花费相对较高。反应堆运营商在寻求燃料可以燃烧的时间更久更长，短短几年的时间燃耗就从每天约30 000 兆瓦/吨，几年的时间提升到每天约50 000 兆瓦/吨，现在MOX燃料变得更有吸引力。

铀价格的上涨导致混合氧化物燃料的再处理以及分离钚的再循环变得更经济实惠。减少乏燃料的使用，采用混合氧化物燃料的呼声变得越来越高。七组二氧化铀燃料组件组成一个混合氧化物燃料组件并带来一些玻璃化高放射性废料，导致只有约35％的体积，质量和处理的成本大大降低。

燃料的回收

如果使用过的燃料是可以回收的，那么第一步是从裂变产物和其他废物（约3%）分离钚和铀（剩余约96%的乏燃料）。再从所有或大部分的铀中把钚分离出来。这一切都是在后处理厂进行（参见 处理使用过的核燃料信息页）。

钚作为氧化物，与贫铀混合制成新的混合氧化物燃料（ MOX，UO₂ +PuO₂）。混合氧化物燃料，它由约7~10％的钚贫铀混合，相当于氧化铀燃料浓缩至约4.5％的²³⁵U，假设钚大约有三分之二的裂变同位素。如果钚被用于武器（²³⁹Pu> 90％），只有约5％的钚需要再混合。商业MOX燃料的钚含量为10.8％（取决于燃料的设计）并且平均为约9.5％。小于10.8％的钚和30%的混合氧化物燃料组成EPR相当于4.2％的浓缩铀燃料。100% MOX燃料的EPR比只有30%的混合氧化物可以更广泛的用于燃料（燃耗，初始富集，Pu的品质）。

为了避免出现短暂的钚同位素衰变问题，所以后处理钚燃料通常都加工成MOX燃料。特别是²⁴¹Pu (半衰期14年)衰变为²⁴¹Am，这是一种强γ发射体。如果分离半衰期超过五年的钚用于正常的MOX核电站，可以引发潜在的职业健康危害。 伴随钚裂变价值的相应降低，在钚中储存的²⁴¹Am的水平每年大约增加0.5％。²³⁸Pu(半衰期88年)是一个强α发射体和自发的中子源，应用在高燃耗燃料。²³⁹Pu、²⁴⁰Pu和²⁴²Pu寿命较长，因此适用于长期存储。 (参见钚信息页)。

快中子反应堆允许钚的多次再循环，因为所有的铀同位素都有裂变，但是热中子反应堆中同位素的减少直接影响了钚的循环潜力并且应该将大部分的MOX燃料储存起来以等待更大的快堆发展。 （用钚同位素（37% ²³⁹Pu, 32% ²⁴⁰Pu, 16% ²⁴¹Pu, 12% ²⁴²Pua和4% ²³⁸Pu）组成的混合氧化物燃料组件燃耗可以达到45 GWd/tU。)

从后处理厂回收铀可以重新富集为新燃料。因为它含有一些中子吸收²³⁴U和²³⁶U，再加工铀需显著富集（例如十分之一）程度超过对天然铀的要求。因此，从低耗燃料后处理铀可能更适合重新富集，而从高耗燃料是最好的用于混合或MOX制造。

法国每年后处理的燃料有850吨（在贮存15年之后）生产8.5吨钚（立即回收100吨MOX）和810吨再加工铀（浓缩铀）。这大约有三分之二是转换成稳定氧化物的形式存储，三分之一的再浓缩铀和EDF在900兆瓦的反应堆中发挥了它的作用。

MOX燃料的生产

目前在法国和英国有两家工厂在生产MOX燃料，2006年比利时一个年产40吨的工厂关闭，2007年四月法国Melox厂增产从145至195吨/年。另外，英国的塞拉菲尔德MOX厂产量从128降至40吨/年，通过对工厂的前景评估，在2011年八月核退役局宣布并将其关闭。

日本计划于2015年在六所村建造一个130吨/年的J-MOX生产厂。与此同时，在美国的萨凡纳河场地MOX生产厂正在制造中，预计将在2016年启动。–见下节MOX和武器级钚的处理。

MOX燃料也用在一些国家的快中子反应堆，特别是法国和俄罗斯。目前在美国，俄罗斯，英国，法国，德国，比利时和日本也在为了这一目的而进行实验工作。今天，俄罗斯的先进快堆的发展具有长远的规划，预计建立一个新的快堆燃料MOX时代。世界上最大的快堆BN-800––800千瓦正在建设中，将在2014年在乌拉尔和别洛亚尔斯克启动。

目前后处理厂的产量超过MOX钚的使用率，导致钚的剩余（民用）。这些存货预计将超过250吨，2012年之后随着MOX燃料的使用，存量将会随之下降，MOX将提供约5%的世界核燃料的要求。

英国正在研究将120吨的反应堆级钚的掺入CANMOX燃料中，可用于CANDU反应堆。英国四个反应堆（2 800兆瓦）将需要含有2%的钚的燃料约400吨/年。最后所使用过燃料会保存一百年后送到储存库。

MOX和武器级钚的处理

根据钚的管理和处理的协议条例，美国和俄罗斯在2000年一致认为，每年需要处理34吨武器级冗余钚。（见上页：军用核燃料来源 ）

2007年8月，在南卡罗来纳州的萨凡纳河场地开始建筑混合氧化物燃料制造设施（MFFF），预计在2016年运行。建成后每年将把3.5吨武器级冗余军用钚生产成 MOX燃料，供压水堆和沸水堆使用。该合同的设计、建造和运营的MFFF与1999年交给Shaw AREVA MOX服务联盟，2008年五月美国用27亿美元实施该方案，MOX燃料将测试组件和制造的Melox厂在法国卡托巴工厂成功试行。

同时，随着这几年的争论，在2007年11月，美国和俄罗斯一致同意，俄罗斯出售其34吨武器级钚用来转变成MOX燃料，这将在Beloyarsk核工厂BN- 600反应堆中进行，并在BN-800建在同一地点。根据这项计划，俄罗斯将在2012年内开始调整600反应堆。BN-800的调整工作将紧随其后。一旦开始工作，两个反应器可以处理大约1.5吨武器级钚每年俄罗斯。美国同意提供4美元的项目。一个60吨/年的商业MOX燃料制造设施（MFFF）计划在2014年于热列兹诺哥尔斯克开始，由矿业化学联合操作（MCC）。这将为未来快堆BN-800提供MOX燃料颗粒和粒状MOX燃料组大约每年400组，容量设计为5- 800单位的供应。这是可能是使用前的武器级钚。另外的在MOX军用工厂在Seversk, Siberia，但这似乎是由MCC取代了。

MOX燃料循环再利用

1992年在法国的La Hague工厂已证实MOX燃料的后处理的使用。2004年第一次使用MOX燃料后处理进行了较大规模的连续过程。10吨的MOX燃料照射约35 000兆瓦/吨，与含有约4%的Pu有关。只要问题是克服完全溶解的PuO₂。自2004年以来，来自德国和瑞士的反应堆需要处理的MOX燃料越来越多，共约70吨，混合物种类多。作为物质反复循环使用的是混有相当比例的（70-80%）UOX燃料。

钚钍燃料

自20世纪90年代早期俄罗斯有计划开发一种钍铀燃料，钚燃料特别强调利用武器级钚，该方案是在钍的信息页中描述。估计有150万吨的过剩武器级钚在俄罗斯，但是钍钚项目未必能超越现有的MOX燃料。