Я́дерный то́пливный ци́кл, совокупность технологических процессов, обеспечивающих экономичное и безопасное получение энергии на стационарных (атомные электростанции (АЭС) и атомные станции теплоснабжения) и транспортных (плавучие АЭС, атомные ледоколы, подводные лодки) ядерных энергетических установках с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах. В зависимости от ядерного топлива возможно осуществление трёх типов ядерного топливного цикла: урановый топливный цикл, в котором делящимся материалом служит ²³⁵U, воспроизводящим (фертильным) материалом – ²³⁸U, урановое топливо изготавливают из природного (0,72% ²³⁵U), низкообогащённого (1–5% ²³⁵U) или высокообогащённого (до 93% ²³⁵U) урана; уран-плутониевый топливный цикл – топливо состоит из природного или обеднённого (0,2–0,3% ²³⁵U) урана с добавкой ²³⁹Pu в количестве, эквивалентном соответствующему обогащению по ²³⁵U, фертильным материалом служит ²³⁸U; уран-ториевый топливный цикл – делящийся материал ²³⁵U или ²³³U, фертильный – ²³²Th.

Этапы ядерного топливного цикла: получение ядерного топлива, включающее добычу урановой руды, её обогащение, извлечение урана и его глубокую очистку, изотопное обогащение по ²³⁵U, получение из обогащённого урана материала, пригодного для загрузки в peaктор, и изготовление тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) и сборок из них; получение тепловой энергии при сжигании топлива в ядерных энергетических установках; переработка отработавшего ядерного топлива с выделением ценных компонентов (U, Pu, радионуклидов медицинского и промышленного использования) и кондиционированием радиоактивных отходов; промежуточное хранение и окончательное захоронение радиоактивных отходов. Если ядерный топливный цикл организован таким образом, что из отработавшего ядерного топлива извлекают невыгоревший уран и накопившийся плутоний, которые затем направляют для изготовления новых твэлов и тепловыделяющих сборок, то такой цикл называется замкнутым. Если отработавшее топливо не перерабатывается и делящиеся материалы не возвращаются в топливный цикл, то цикл открытый.

Схема замкнутого ядерного топливного цикла. Архив БРЭ.Схема замкнутого ядерного топливного цикла. Архив БРЭ.

Ядерный топливный цикл объединяет: шахты по добыче урановой руды; обогатительные фабрики и предприятия по глубокой очистке извлечённого урана; предприятия, где проводят обогащение ²³⁵U; предприятия по переработке обогащённого урана в материал, используемый в реакторах (чаще всего это керамика на основе UO₂ и/или смеси UO₂ и PuO₂); заводы по изготовлению твэлов и сборок из них; АЭС, атомные теплоэлектростанции, плавучие АЭС и транспортные ядерные энергетические установки, где сжигание ядерного топлива даёт тепловую и электрическую энергию; заводы по переработке отработавшего ядерного топлива и переводу радиоактивных отходов в форму, пригодную для длительного хранения и захоронения; полигоны окончательного захоронения отходов.