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Denomina-se combustível nuclear a todo aquele material que tenha sido adaptado para ser utilizado na geração de energia nuclear. O termo combustível nuclear pode referir-se tanto ao material (físsil ou fissionável) em si quanto ao conjunto elaborado e utilizado para a finalidade de combustível, isto é, ao material consistente de barras que contém o material físsil em seu interior, às configurações que incluem o combustível junto com o moderador ou qualquer outra configuração. O processo mais utilizado e conhecido é a fissão nuclear. O combustível nuclear mais comum é formado por elementos físseis como o urânio, que gera reações em cadeia controladas dentro dos reatores nucleares. O isótopo mais comumente utilizado na fissão é o 235U. Os processos de produção do combustível nuclear, que englobam a mineração, refinação, purificação, sua utilização e o tratamento final de residuos, formam em seu conjunto o denominado ciclo do combustível nuclear. Outro processo nuclear que pode ser utilizado é a fusão. Nesse processo, utilizam-se como combustível isótopos leves como o trítio e o deutério. Outros elementos, como por exemplo o Pu-238, são utilizados para a produção de pequenas quantidades de energia mediante processos de desintegração radioativa nos geradores termoelétricos de radioisótopos ou em outros tipos de baterias atômicas.