核燃料閉式循環(huán)對于核能的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，其中乏燃料再生利用是閉式核燃料循環(huán)的核心環(huán)節(jié)，能夠提高鈾資源的利用率，實現(xiàn)放射性廢物小化，更可以妥善解決高放廢物的處理處置問題。

目前，上*的處理高放廢物的方法是通過加速器驅(qū)動的次臨界反應(yīng)堆（ADS）將長壽命高放射性核素轉(zhuǎn)變?yōu)槎虊勖约爸械葔勖蛘叻€(wěn)定的核素。壓水堆乏燃料經(jīng)過高溫氧化還原處理，去除了其中的大部分揮發(fā)性裂變產(chǎn)物，剩余的放射性主要取決于其中的U、Pu以及Np、Am、Cm等次錒系核素。研究包含有次錒系核素的再生核燃料小球的制備方法及裝置，是實現(xiàn)嬗變系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。

中國科學院近代物理研究所嬗變化學研究室與瑞士保羅謝勒研究所（PSI）合作，通過對溶膠凝膠過程的化學動力學進行系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)在室溫下通過改變料液組成可在短時間內(nèi)完成溶膠凝膠過程。由此提出了一種室溫即時-無冷卻混合與微波輔助加熱相結(jié)合的快速溶膠凝膠方法，用于在手套箱內(nèi)制備包含有次錒系核素的新型核燃料小球。科研人員在瑞士PSI和近代物理所分別搭建了用于制備包含有次錒系核素核燃料小球的實驗平臺，并成功制備了粒徑為500μm的模擬核燃料CeO2小球。該方法有效避免了次錒系核素的α和γ射線對凝膠劑的輻射分解，以及二次有機放射性廢液的產(chǎn)生。

研究工作得到了中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）“未來核裂變能—來嬗變系統(tǒng)”項目和國家自然科學基金項目的支持。

核燃料（nuclear fuel），可在核反應(yīng)堆中通過核裂變或核聚變產(chǎn)生實用核能的材料。重核的裂變和輕核的聚變是獲得實用鈾棒核能的兩種主要方式。鈾233、鈾235 鈾238,和钚239是能發(fā)生核裂變的核燃料，又稱裂變核燃料；氘和氚等能發(fā)生核聚變的核燃料，又稱聚變核燃料。

這種材料是將核燃料彌散地分布在非裂變材料中。在實際應(yīng)用中，廣泛采用由陶瓷燃料顆粒和金屬基體組成的彌散體系。這樣可以把陶瓷的高熔點和輻照穩(wěn)定性與金屬的較好的強度、塑性和熱導率結(jié)合起來。細小的陶瓷燃料顆粒減輕了溫差造成的熱應(yīng)力，連續(xù)的金屬基體又大大減少了裂變產(chǎn)物的外泄。由裂變碎片所引起的輻照損傷基本上集中在燃料顆粒內(nèi)，而基體主要是處在中子的作用下，所受損傷相對較輕，從而可達到很深的燃耗。這種燃料在研究堆中獲得廣泛應(yīng)用。除陶瓷燃料顆粒外，由鈾、鋁的金屬間化合物和鋁合金（或鋁粉）所組成的體系，效果也較好。在彌散體燃料中由于基體對中子的吸收和對燃料相的稀釋，必須使用濃縮鈾。