福岛第一核电站事故发生后，许多国家开始资助具有增强事故容限的核燃料设计的研发。与当前一代在圆柱形锆合金覆层中略微富集的UO2陶瓷芯块相比，ATF具有改进的设计、材料和性能特征。本报告评估了现有燃料设计和性能要求对一些新ATF设计（涂层锆合金燃料棒包壳、FeCrAl燃料棒包层、碳化硅燃料棒包套、掺杂二氧化铀陶瓷燃料芯块、硅化铀陶瓷燃料丸）的适用性，确定产生对新的或不同的性能指标和设计要求的需求的新现象，确定数据差距，并讨论国际合作研究填补这些差距的机会。所检查的ATF设计发现了各种新现象，这些现象挑战了现有性能指标和分析极限的适用性，或者产生了对新标准的需求。提出应对这些挑战的建议，旨在为未来的国际研究计划提供信息，并支持ATF的许可证发放。
先进核系统的实施需要开发与燃料循环后端相关的新技术。将微量锕系元素与其他燃料成分分离是正在研究的先进概念之一，有助于结束核燃料循环，并改善对地质储存库性能的长期影响。分离乏燃料元素并随后通过嬗变将其转化为短命核素，应大大降低与核能发电相关的长期风险。
自核时代开始以来，科学界就对钍作为核燃料的潜力给予了极大的关注。尽管钍燃料循环从未得到充分发展，但许多国家仍在世界各地的各种国际方案中研究在核燃料循环中使用钍可能带来的机遇和挑战。本报告对钍在核能中的短期和长期潜在作用进行了科学评估，探讨了在追求钍燃料循环的情况下需要考虑的各种选择、潜在驱动因素和当前障碍。
人们对减少温室气体排放的必要性的认识不断提高，这重新激发了人们对核能发电的兴趣。与此同时，关于如何管理乏核燃料的长期僵局继续阻碍着核能的扩张。如果核能要成为美国的可持续选择，就必须实施符合严格安全和环境标准的乏燃料管理方法。本专著评估了乏核燃料管理的主要技术和体制方法，并确定了对乏燃料管理政策制定的影响。作者发现，现场储存、集中临时储存和永久地质处置通常是安全、可靠和低至中等成本的方法，没有不可逾越的技术障碍。实现乏燃料回收的先进燃料循环可以减少废物储存库的容量需求，但很难评估，因为它们仍处于早期研究阶段。公众接受的挑战是任何技术方法的主要障碍。分析表明，技术方法可以以不同的方式结合起来，形成不同的乏燃料管理战略，这些战略主要根据三个领域的社会偏好进行区分：乏燃料的处置、核能的发展和代际权衡
在许多国家，电力系统正在退出垂直整合的垄断组织，转而在竞争市场的框架下运营。在这样一个竞争机制中，人们可以问核电机组的最佳管理是什么。我们将自己放在中期管理的视野中，以考虑冬季（高需求）和夏季（低需求）之间需求水平的季节变化。操作一个灵活的核机组，以遵循部分需求变化。在这种情况下，核燃料存量可以像水库一样进行分析，因为核电站定期（每12或18个月）停止重新装载燃料。贮存器的运行允许在一年中的不同季节使用不同的核燃料。我们在一个具有两种类型的发电的一般确定性动力学框架内对其进行分析：核发电和非核热发电。我们研究在完全竞争的市场中生产的最优管理
我们分析了三种不同燃料循环的平准化电力成本（LCOE）：一次性循环，即乏燃料在反应堆中使用一次后被送去处理；二次循环，即废燃料在轻水反应堆中再循环第二次使用，之后乏燃料被送去处置，以及快堆循环，其中所有超铀在快堆中重复循环。我们仔细定义了LCOE，并提供了一种简单的解决方法，包括同时计算回收材料的价值，无论是钚还是超铀。我们将公式参数化并计算LCOE。早期的报告没有提供计算LCOE的一般公式和求解方法。我们将我们的方法与之前各种报告中使用的定义和解决方案方法进行了对比，并比较了我们的参数输入和结果LCOE。例如，我们证明了快堆系统的“平衡成本”
