核電站產(chǎn)生的放射線核廢料為高度危險(xiǎn)物質(zhì)，人體暴露在核廢料下可能致癌。核廢料的放射毒性取決于多種因素，如物理半衰期、生物半衰期、核素可能富集的器官或組織對核輻射的敏感性、核素輻射的致電離功率（取決于放射性核素釋放的輻射能量）等。據(jù)此，137銫、90鍶、和131碘屬于在人體壽命范圍內(nèi)具有最高危險(xiǎn)性的放射性核素。其他具有長期危險(xiǎn)性的核素還包括239鏷。這些核素對子孫后代都將構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
核廢料包括乏燃料、乏燃料后處理廢水，以及高度放射性液體核廢料濃縮形成的固形物。直到1000年后，放射性核裂變產(chǎn)物才會通過不同核反應(yīng)路徑衰變?yōu)楦鞣N無害穩(wěn)定的元素。而超鈾元素的衰變經(jīng)過500000年才會達(dá)到同等水平。高濃度核廢料所含大多數(shù)放射性同位素都為高輻射性物質(zhì)，其半衰期特別長（有些同位素的半衰期甚至超過100000年）。上述核廢料的放射性降低到安全水平需要漫長的時(shí)間。同時(shí)，受污染裝備（手套箱、空氣過濾器、屏蔽材料及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備）、防護(hù)服、清潔抹布等數(shù)量巨大的核廢料中的污染物質(zhì)為含量極低的放射性元素，這些核廢料為低放射性廢棄物。經(jīng)過洗消處理的退役核反應(yīng)堆部件也屬于低放射性核料范疇。低放射性廢棄物所含放射性同位素的放射性水平較低、半衰期較短。上述廢棄物儲存10~50年后，大多數(shù)放射性同位素將衰減至安全水平，然后即可以將其作為普通廢棄物進(jìn)行處理。
核廢料的安全處理是一個(gè)令人頭疼的環(huán)境問題。高放射性核廢料通常需要固封于鵬硅酸鹽玻璃中，然后在受控儲藏室內(nèi)封存。乏燃料一般需要進(jìn)行后處理。某些低放射性核廢料與灰渣一起焚燒，然后存放于靠近地表的受控儲藏室內(nèi)。某些低放射性和中等放射性核廢料（包括超鈾核素污染物及退役核反應(yīng)堆）至今仍未有成熟的處理辦法。存在的主要問題包括：如何在處理時(shí)保證安全、如何確定廢料最終產(chǎn)物的成分及結(jié)構(gòu)、如何最小化廢料最終產(chǎn)物的體積，以及如何達(dá)到各種放射性核廢料儲藏室的穩(wěn)定性要求。
高濃度、具有長期危險(xiǎn)性的放射性核素可封固與玻璃及陶瓷內(nèi)部進(jìn)行穩(wěn)定。不同的玻璃/陶瓷材料對應(yīng)的廢料負(fù)荷各不相同。對于中等放射性廢料，鵬硅玻璃的廢料負(fù)荷為20%~30%。而類玄武巖玻璃陶瓷中的廢料負(fù)荷則高達(dá)40%~100%。低放射性廢料的廢料負(fù)荷與普通污染物廢氣物類似，而采用類玄武巖玻璃陶瓷作為封固材料，則可以將低放射性廢料和普通污染廢棄物的體積降至最小。
等離子體電弧可將無機(jī)物和金屬融入熔融玻璃或金屬中，然后將其在儲存罐內(nèi)保存。對有機(jī)物則可實(shí)現(xiàn)改性和氧化。鹵化物、硫化物及金屬在氣化后由廢氣收集系統(tǒng)收集。熔爐采用低溫冷爐頂和廢料喂料裝置以防止揮發(fā)。氣冷產(chǎn)物在淬冷和洗滌工序后，分別經(jīng)過預(yù)過濾器、活性炭過濾器和高效空氣粒子過濾器以達(dá)到環(huán)境法規(guī)要求。汞氘和C-14含量較高的廢料則需進(jìn)行特別處理。
玻璃化工藝的總體積縮減比超過100:1.幾乎全部短期和長期放射性核素均在地質(zhì)穩(wěn)定期達(dá)數(shù)百萬年的巖層中安全保存起來。此外，還有極少量放射性核素發(fā)生揮發(fā)或進(jìn)入工藝廢氣中，隨后壓縮成為低放射性二級廢料，埋置于接近地表的儲藏室內(nèi)。根據(jù)其組成成分和放射性水平，二級廢料的形態(tài)可能為玻璃狀、溶膠/凝膠狀或水泥狀。廢料中富集的金屬可進(jìn)行分離，分離后的金屬可作為屏蔽材料或容器材料循環(huán)使用，同時(shí)可以縮小工藝產(chǎn)物的體積。分離出的金屬可通過熔渣/金屬反應(yīng)去除污染物質(zhì)。受污染濾芯及其他工藝廢棄物可投入熔爐中進(jìn)行安全處理。
與處理工業(yè)垃圾或生活垃圾的等離子體電弧熔爐相比，用于處理放射性廢料的熔爐尺寸較小。然而，使用規(guī)模較大的系統(tǒng)依舊可實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。近期公布的示范樣機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了低至13000美元/噸的處理成本。文獻(xiàn)中提及的一套處理系統(tǒng)為美國阿爾貢國家實(shí)驗(yàn)室從1996年開始建造并運(yùn)行的等離子體熔爐處理（PHP）系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)，PHP系統(tǒng)可處理容量為208L的封閉容器，由此可降低運(yùn)輸需求和運(yùn)輸成本、減少二級廢棄物，同時(shí)降低工人暴露水平。
核廢料的處理必須符合美國國家環(huán)保局頒布的嚴(yán)格環(huán)保法規(guī)的要求。地下水滲率試驗(yàn)采用美國環(huán)保局制定的《毒性特性滲率試驗(yàn)程序》。試驗(yàn)中，將核廢料浸沒在水中，然后檢測滲率中的顆粒污染物濃度。長期耐久性試驗(yàn)則采用《產(chǎn)品均一性測試驗(yàn)程序》，該實(shí)驗(yàn)程序與TCLP類似，但暴露時(shí)間更長，從而精確檢定污染物類別。
放射性廢料處理系統(tǒng)必須確保在運(yùn)行過程中不產(chǎn)生二次污染物。某些物質(zhì)，特別是高蒸氣壓力有毒金屬容易發(fā)生氧化，并進(jìn)入爐渣。放射性核素可能滲入工藝廢氣，并形成新的污染物，必須對此進(jìn)行附加處理。常見廢氣檢測設(shè)備包括用于揮發(fā)性有機(jī)蒸汽檢測的現(xiàn)場萃取式傅里葉變換干涉儀、用于金屬蒸汽檢測的激光感應(yīng)衰變光譜測試儀等。