Wie wir gesehen haben, fallen im gesamten Brennstoffkreislauf, insbesondere im Kernkraftwerk und bei der Wiederaufarbeitung, Abfälle an. Man unterteilt diese in schwach-, mittel- und hochaktive Abfälle. Da die wegen des radioaktiven Zerfalls entstehende Wärmeentwicklung für die spätere Endlagerung von Bedeutung ist, unterscheidet man die Abfälle zusätzlich in wärmeentwickelnde (hochaktive) Abfälle und Abfälle ohne oder vernachlässigbarer Wärmeentwicklung (schwach- und mittelaktive).

Die Abfälle können in gasförmiger, fester oder flüssiger Form vorhanden sein.

In einem Jahr fallen für ein Kernkraftwerk mit einer elektrischen Leistung von 1.300 MW  rund 50 m³ konditionierte – d. h. durch entsprechende Behandlung in eine endlagerungsfähige Form gebrachte – radioaktive Betriebsabfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung an.

Hinzu kommt die Menge der Abfälle aus der Entsorgung der abgebrannten Brennelemente, die vom jeweiligen Entsorgungsweg abhängt: Bei einer Wiederaufarbeitung entstehen 10 m³ radioaktive Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung und 3 m³ wärmeentwickelnde Abfälle, bei denen es sich – wie wir ja bereits wissen – um die verglasten hochaktiven Spaltprodukte handelt. Bei der direkten Endlagerung der abgebrannten Brennelemente fallen 45 m³ wärmeentwickelnde Abfälle an.

Die gas- und aerosolförmigen Abfälle schickt man entweder durch Verzögerungsstrecken, in denen die radioaktiven Bestandteile zerfallen, oder filtriert die Stoffe aus.

Stellen wir uns eine lange Rohrleitung vor, durch die Gas strömt – aber nicht ungehindert: Stückweise wird das Gas zum Beispiel von Aktivkohlefiltern absorbiert, die die (radioaktiven) Gasatome eine Zeitlang festhalten. So bewegt sich das Gas im Laufe der Zeit langsam zum Abluftkamin.

So eine „Verzögerungsstrecke” wird zum Beispiel zum Filtern der radioaktiven Edelgas-Isotope Xenon 133 und Xenon 135 angewendet. Xenon 133 hat eine Halbwertszeit von 5,25 Tagen und Xenon 135 von 9,1 Stunden. Die Filter halten das Gas etwa 60 Tage zurück – genug Zeit, dass ein Großteil der radioaktiven Isotope zerfällt.

Das Zerfallsgesetz lautet:

Feste radioaktive Rohabfälle aus Kernkraftwerken entstehen insbesondere durch Reinigungsmaßnahmen. Dabei handelt es sich meist um brennbare und pressbare Abfälle in Form von Filtern, Ionenaustauschern, Putzlappen, kontaminierter Kleidung oder Papier. Falls es erforderlich ist, werden diese Abfälle verbrannt oder verdichtet, um ihr Volumen zu verkleinern. Anschließend schließt man sie in Behälter sicher ein.

Wasser aus Laboratorien, Dekontaminationsanlagen, Waschräumen oder aus Undichtigkeiten austretendes Wasser bilden die flüssigen Abfälle aus einem Kernkraftwerk. Um die Abgabe von radioaktiven Flüssigkeiten an die Umgebung zu vermeiden, entzieht man der Flüssigkeit die radioaktiven Stoffe.

Flüssige Abfälle werden also in feste Abfallprodukte umgewandelt, zum Beispiel, indem man die Flüssigkeit filtriert, eindampft oder radioaktive Ionen durch nicht-radioaktive Ionen austauscht.

Weil radioaktive Abfälle natürlich als Gefahrgüter gelten, müssen sie unter besonderen Sicherheitsauflagen transportiert werden. Die Art der Transportbehälter muss dabei Art und Menge des radioaktiven Abfalls angepasst sein.

Besondere Maßnahmen sind dabei für die Transporte von hochaktiven Abfällen – zum Beispiel den bestrahlten Brennelementen und den verglasten hochaktiven Abfällen aus der Wiederaufarbeitung – zu treffen. Die GNS Gesellschaft für Nuklear-Service mbH hat dafür spezielle Behältertypen entwickelt, Castor genannt. Castor ist eine Abkürzung für „Cask for Storage and Transport of radioactive Materials” (siehe Bild).

Die festen radioaktiven Abfälle müssen für einen langen Zeitraum gelagert werden. Dabei wird die Lagerung in tiefen geologischen Formationen als die beste Lösung angesehen.

Bisher steht in Deutschland ein Endlager zur Verfügung, in das Atommüll eingelagert werden darf: Das ehemalige Eisenerzbergwerk Schacht Konrad bei Salzgitter für schwach- und mittelradioaktive Abfälle soll 2019 in Betrieb genommen werden. Bei dem Salzstock Gorleben (bei Lüchow-Dannenberg) wird noch überprüft, ob er für hochradioaktive Abfälle geeignet ist.

Im Kapitel Gesellschaft kann man mehr über die Endlagerung radioaktiver Abfälle erfahren.