核燃料在反应堆内“燃烧”时，可裂变核素渐渐减少，裂变产物不断增多，其中有好几种核素会强烈地吸收中子。因此，到了一定程度，“核火焰”会逐渐熄灭。只有用新的核燃料组件来替换用过的燃料组件，才能使反应堆继续进行工作。
防放射服用过的核燃料组件与烧过的煤块有很大的不同。煤块烧过后，绝大部分可以燃烧的碳元素已气化变成二氧化碳。而用过的核燃料组件中，仍保存着大部分裂变物质。按其成分来说，96％是没有“烧”过的铀，1％是铀-238吸收中子而形成的钚，另外3％则是铀-238吸收中子而形成的锕系元素，以及铀-235裂变而产生的各种放射性或非放射性核素。
刚替换下来的燃料组件放射性很强，一般都要让它在核电站内贮存半年到一年，使短寿命的核素有相当大一部分衰变掉。在这段时间里，操作人员不能直接搬运这些组件，而必须在足够的辐射防护条件下进行远距离操作。在压水堆核电站中，这种操作是浸在水下进行的，水层有足够的厚度，可以保护操作人员免受辐射的损害。
用过的燃料组件经过半年以上的衰变，可放在装有屏蔽的车上转移到厂外的贮存地点或专门的处理工厂。在处理工厂内，通过一套遥控设备，从燃料组件中回收铀和钚，而留下一种含有大量高放射性核素的废液，叫高放废液。
高放废液有不少有价值的核素，但数量超过今天的需求，因此目前还只能把它们作为废物进行处理。
放射性废物的最终处置，是一件令人头痛的事情。先要设法尽量减小它的体积。对含有较多可燃成分的废物，可采用焚化的办法，使放射性核素残留在灰烬之中。对含放射性核素的溶液，则采用蒸发浓缩的办法，使体积比原来缩小几十倍甚至上百倍。体积缩减后的核废物，如果处于分散和可流动的状态，还要用各种办法将其固化，其目的是使放射性核素不再扩散。现在比较成熟的固化剂有水泥、脲醛、塑料、沥青等。当放射性废物浇铸在这些材料内时，就成为固化块。这样就可以比较方便地进行运输、贮存，直至深埋。对于高放射性的废物，则要采用更为严密的固化材料将其固化。现在研究出一种把放射性物质固化在玻璃内的新工艺，它可以确保核素得到长期的固定。
下一个问题是，这些固化块又该放在什么地方呢？它们是不是还需要有人照看？是否有办法一劳永逸地把它们最终处置掉呢？
通常采用的办法是把核废物埋藏。专家们还寻找到一种更加彻底的办法，就是把它们送往远离尘世的宇宙空间。这是十分昂贵的，因此只能用来处理少量会造成长期麻烦的放射性核素——锕系元素。
把核废物送到绕地球运转的轨道上是没有意义的，因为绕地轨道的长期稳定性得不到保证，一旦发生坠落，就会给地球人类带来灾难。把废物送到月球或其他行星上，以邻为壑，似乎并非上策。因此，最彻底的办法是把废物送出太阳系。然而这样做需要有十分强大的运载火箭，且费用极高。
空间处置的方案有好几种。专家们发现，较为理想的方案，是把废物送入以太阳为中心，以太阳到地球的平均距离的0.85倍为半径的日心轨道。这个轨道在地球与金星之间穿过。废物被送入轨道后就像一颗小行星似的，可在地球与金星之间绕太阳稳定地运转100万年，而所需的火箭发射功率则与将核废物送入较高的绕地轨道相差无几。
彻底消除放射性核素的另一个方法是使其嬗变。就是用各种粒子去轰击长寿命的放射性核素，使它们很快转变成危险较小的短寿命核素或可裂变核素。
为了使待处置的核素进行嬗变，首先要把它单独分离出来，放在带电粒子加速器、裂变反应堆或聚变反应堆中承受粒子或中子的照射。而用于嬗变处置的最好工具，是快中子堆或热核聚变反应堆。那儿中子“产量”高，有利于嬗变过程的进行。需要处置的核素可做成针状，插在反应堆内，经受中子的轰击。根据计算，锕系元素在快中子堆中放置5～10年，其中90％将嬗变成可裂变核素，然后发生裂变而消失。
裂变产物中，有些核素会强烈地吸收中子。因此，在进行嬗变辐照以前，还要把它们和锕系元素分开。这是一项比较艰巨的任务，因为它们都是一些尺寸大致相同的三价离子，有十分相似的化学性质。
核素的分离和提取，是空间处置和嬗变处置所必须解决的共同课题，科学家们还得花一段时间来研究。
敬而远之
1946年5月，有一批客人来到美国新墨西哥州的洛斯—阿拉莫斯。他们是7位世界著名的物理学家，专程前来观看加拿大籍科学家路易斯·斯洛廷博士给他们表演原子弹的作用原理。
斯洛廷博士把由裂变物质制成的两个半球放在架子上，每个质量都小于临界值。斯洛廷操纵一套远距离控制装置，使两个半球逐渐接近。中子数量随着半球的移动而不断增加。根据计算，在两个半球相距3毫米处裂变过程就会达到临界点。如果它们再靠近一些，中子增殖系数就会大于1。
放射性标志突然，有一个半球滑下来了，防止发生链式反应的间隙开始闭合。刹那间，房间内出现了眩目的闪光，红色指示灯告诉大家，辐射强度已达到危险值。人们惶恐不安，胆战心惊，只有斯洛廷仍保持镇静。当时半球之间的相对位置还不足以引起爆炸。他立即冲出屏蔽墙，用手把两个半球掰了开来。危险排除了，很多人的生命得到了挽救。与此同时，博士意识到自己受到了强烈的辐照，但当时却没有什么感觉。
9天后，这位为第一颗原子弹作临界试验的科学家，在医院里与世长辞了。这是一次强烈辐射引起的急性死亡事故。
动物试验表明，在遭受大剂量辐照时，首先出现急性效应，这时，躯体受害的严重程度与吸收的辐射剂量有关。开始时会引起白血球的降低，随着剂量的增加，会生产呕吐、脱发、腹泻、感染、出血以及各种并发症，直至死亡。
除了急性损伤以外，辐射的有些效应要经过较长时间才表现出来。在第一次世界大战中，X射线设备作为一种诊断器械，曾广泛地用来检查战争中的伤员。然而在战争结束后的头几年，那些在炮火纷飞中救死扶伤的X射线设备操作人员身上，却开始出现各种恶性肿瘤。实验证实，这是由于经常性地受到辐射而产生的一种晚期效应。而当年X射线设备的设计，没有很好地考虑对辐射的防护。受到慢性辐射损伤后，会患白血病、恶性肿瘤、再生障碍性贫血、白内障、不育症，等等。
除了早期和晚期的躯体效应以外，辐射还能在下一代身上产生遗传效应，使他们出现畸形。慢性效应与遗传效应往往只在少数人身上发生，对个人来说具有偶然性，并不是每个人都会得癌症或产生遗传缺陷。而急性辐照损伤则只与吸收剂量有关，任何人只要遭到足够强烈的照射，就会出现症状。核电站在运行过程中会产生大量的放射性核素。为了防止辐射对核电站工作人员及其附近居民造成伤害，国际辐射防护委员会和各国政府，对允许接受的剂量和辐射防护作了严格规定。
我们已经知道，穿透力最强的射线是γ射线。在核电站中，人们广泛地利用各种屏蔽结构，如铅块、混凝土以及其他高比重的材料来防止γ射线伤害工作人员。在核电站内放置放射性设备的房间之间，都有很厚的屏蔽墙，将它们互相隔开，保证运行人员在操作走廓上工作时安全无恙。每个房间都有一个笨重的铅制屏蔽门，运行人员要用足力气才能使它缓缓地开启。放射性设备室平时很少进人，必要时经过辐射防护人员的监测，采取措施后方能进入，在里面停留的时间也受到严格控制。
为了减少辐照剂量，核电站中还使用各种远距离操作或自动操作工具，如机械手，它能在屏蔽墙的内侧模仿墙外操作人员的动作，把放射性物质装入瓶中，盖上瓶盖等等。
除了γ射线以外，反应堆运行中产生的放射性物质，还会放出Q射线和β射线。这些射线穿透力很弱，在体外照射不会对人体构成重大威胁。如果这些辐射源通过吞咽或呼吸进入人体内部，则会使人体组织受到内照射，造成局部损伤。因此，在核电站各厂房内不能吃食物。核电站内部还设有非常完善的通风系统，保证各厂房有充分洁净的空气供应。检修时，还让工作人员穿上特种材料制成的“气衣”，把人从头到脚都密封起来，由外部供应纯净的空气用于呼吸。
尽管我们的感觉器官不能察觉到放射性的存在，但可以通过比较方便的仪器对它进行监测。每个从事放射性操作的工作人员，都配备个人的剂量仪。在他们工作的环境里，还设有高度灵敏的探测器。每次离开放射性工作现场，他们都要进行淋浴，更换衣服，进行全身的放射性测定，防止把辐射物质带到生活区去。