核燃料在反应堆内经过中子轰击发生核反应后，从堆内卸出的燃耗深度达到卸料标准的乏燃料组件中含有大量未用完的可增殖材料铀-238（²³⁸U）或钍-232（²³²Th），易裂变材料钚-239（²³⁹Pu）、²³⁵U或²³³U，镎（Np）、镅（Am）、锔（Cm）等超铀元素以及裂变核素锶-90（⁹⁰Sr）、铯-137（¹³⁷Cs）、锝-99（⁹⁹Tc）等。乏燃料的强放射性主要来自裂变产物中的二百多种强放射性核素。

辐照燃料元（组）件的比放射性活度很高，现代轻水堆燃料组件在停堆的瞬间（约1秒后）具有10000～15000太贝可/千克铀（TBq/kgU）的比放射性活度，1天后仍有1000～1500TBq/kgU的比放射性活度。由于如此强的放射性会通过辐射分解破坏水法后处理过程中使用的有机试剂，导致很难对刚卸出的乏燃料进行直接处理。另外，强放射性也使得组件的操作、运输产生困难。因此，从反应堆卸出的乏燃料通常都要就近存放一段时间才加以处理，这个过程称为乏燃料元件的“冷却”。

①降低元件的放射活度水平。通过冷却，使半衰期短的放射性核素铌-95（⁹⁵Nb）、铈-141（¹⁴¹Ce）、氪-85（⁸⁵Kr）、锶-89（⁸⁹Sr）、钇-91（⁹¹Y）、碘-131（¹³¹I）、氙-133（¹³³Xe）、钡-140（¹⁴⁰Ba）、镧-140（¹⁴⁰La）、镨-143（¹⁴³Pr）、钕-147（¹⁴⁷Nd）、钷-147（¹⁴⁷Pm）等在冷却时间段内大部分衰变掉，从而降低放射活度水平。

②提升转换生成的易裂变材料的回收率。乏燃料冷却还将使可转换核素吸收中子后生成的中间产物镎或镤的同位素（²³⁹Np、²³³Pa）尽量衰变为有用的易裂变核素²³⁹Pu、²³³U，确保回收核素的纯度和回收率。

③保证放射性强的铀或钍同位素（如²³⁷U、²³⁴Th等）衰变。例如，²³⁷U的衰变产物²³⁷Np是一种需要在后处理过程中加以回收的超铀核素，为了保证²³⁷Np的收率，需使得²³⁷U绝大部分衰变为²³⁷Np。

根据反应堆比功率、辐照时间和后处理厂所允许的放射活度水平，由标准计算方法可以推算出所需的冷却天数。²³⁷U的半衰期为6.75天，放射性很强，化学性质又与²³⁵U及²³⁸U相同，在后处理过程中不能分离，会使铀产品的放射性活度增高，造成后续加工的困难。为了使²³⁷U的放射性活度衰减到天然铀的水平，一般需要冷却100～120天。

另外，还要考虑贮存池的容量、乏燃料贮存对经济性的影响等因素。一般生产堆乏燃料典型的冷却时间为90～120天；动力堆乏燃料的冷却时间为150～180天；快堆乏燃料放射性核素衰变产生的释热比功率高、易裂变核素含量高，倾向于冷却50～60天。

此外，考虑到乏燃料中存在的不同类型的放射性核素具有长短不一的衰变周期，为了尽量减小后处理厂的辐射防护压力以及所需要的屏蔽厚度，乏燃料的冷却时间越长越符合后处理厂的经济性要求。考虑到反应堆卸出的乏燃料放射性随时间的变化曲线，在8到10年的时间后乏燃料的放射性活度基本趋于平稳。在有足够的乏燃料贮存能力保障的前提下，可以考虑冷却时间10年作为工厂处理乏燃料的条件之一。