基于高温气冷堆球型乏燃料元件的结构特点，其“再循环”后处理方案主要流程如图所示，首先是基体石墨的破碎（一级破碎）、去除（一级旋流），然后是外层热解碳层、碳化硅层和内层热解碳层的破碎（二级磨蚀）、去除（二级高精旋流），最后是铀、钍等氧化物的溶解提取工艺 。
高温气冷堆乏燃料“再循环”战略中破碎分级分离开相关高温气冷堆二氧化铀核芯，直接进入后处理主工艺中进行后处理铀钚产品分离 。当然后处理主工艺技术可分为使用水溶液的湿法和不使用水溶液的干法 。湿法主要有溶剂萃取法、离子交换法和沉淀法等 。其中，溶剂萃取法中的普雷克斯（Purex）流程是当今后处理的主流技术 。
进入新世纪以来，主要核能国家均投入大量人力物力开展干法后处理技术研究，并将主要精力集中在熔盐体系的干法后处理流程开发上 。由于目前干法流程中乏燃料的熔解过程或挥发过程会造成严重的设备腐蚀，因此离工业应用尚有很长一段距离 。
此外，针对高温气冷堆燃耗深等特点，美、日、俄、印、韩等国对非水法超临界流体后处理技术进行了探索开发 。该技术具有萃取速率快、过程简单、能大量减少二次废液的优点 。清华大学核研院正在开展研究，将电化学法解体石墨与超临界流体萃取结合用于高温气冷堆乏燃料后处理，技术可行性得到初步验证 。
由于高温气冷堆乏燃料燃耗深、放射性强、裂片产物多，需对传统方法进行适应性研究，以达到各工艺分部接口实现无缝衔接，并满足放射源屏蔽及尾气处理系统的要求 。目前国内外在这方面开展的工作相对较少 。
【四代核电：高温气冷堆乏燃料后处理的思考】总之，高温气冷堆乏燃料结构复杂、燃耗深，采用“再循环”中的关键技术问题，主要包括石墨的去除、热解碳层的去除、碳化硅的去除和铀、钍氧化物的后处理等工艺技术 。当前，国内外尚无成熟的经验可以借鉴，需要深入的研究高温气冷堆乏燃料后处理工艺流程 。
高温气冷堆乏燃料后处理关键技术方向“再循环”方案中石墨的破碎、去除方法主要有碾碎法、焚烧法、强酸溶解法和脉冲法等 。碾碎法是采用滚筒式或锤式破碎机进行机械破碎，然后根据石墨碎片和包覆颗粒粒度和密度的差异进行分离，最后直接将石墨作为低放废物进行处理 。
该方法最为简单，易于操作，但易造成碳化硅层破碎，释放出的裂变产物气体和夹杂的铀、钍等氧化物颗粒需要进一步处理，较为困难 。
焚烧法可分为固定床焚烧、循环流化床焚烧、激光焚烧等 。固定床焚烧技术需要石墨块具有足够大的比表面积，燃烧室具有较高的蓄热性能，需要良好的供氧率和燃烧温度，技术难度大，对燃烧条件要求高，否则会造成CO浓度非常高；其缺点是处理效率一般较低，燃烧速度较慢，目前尚未实现工程应用 。
循环流化床焚烧技术是将石墨破碎后放入循环流化床锅炉内进行焚烧处理，国际上法国应用了循环流化床焚烧技术处理石墨碎片 。
激光焚烧技术是根据石墨形状控制激光束的位置，对指定的区域进行焚烧；其优点是石墨不需要提前破碎，激光束温度易控，其它污染物不需要分拣，可通过光学窗口远程控制，缺点是焚烧效率低，速度慢 。
强酸溶解法是采用90%浓硫酸溶解破碎的石墨和氧化铀的混合物，然后采用真空抽滤法过滤出含铀溶液，分离出石墨粉末；其优点是分离石墨和浸取铀、钍等氧化物可同时进行，步骤简单，但需要考虑分离设备的耐压问题与腐蚀问题 。
脉冲法则采用高压脉冲电流对乏燃料石墨球进行破碎 。该法为近年兴起的新方法，处理过程中不产生废气，较为先进，但是脉冲电流的控制条件苛刻，相关设备的研制较为复杂，尚处于实验阶段 。
高温气冷堆乏燃料后处理方案中的另一难点是热解碳层的去除和碳化硅层的破碎分离 。乏燃料元件的石墨去除后，整个乏燃料的质量减少95%左右，体积显著降低 。如采用焚烧法、强酸法时，乏燃料热解碳层同时被处理掉 。如采用碾碎法时，利用高温水蒸气可去除热解碳层，但是需要考虑生成物中产生的放射性元素14C以及放射性很强气溶胶处理 。
碳化硅层在高温下不分解，硬度大，难以溶解在强酸溶液中，去除技术方案有机械粉碎法、气流喷射粉碎法、化学反应法等 。其中，日本核燃料公司在高温气冷堆燃料元件生产中发展的盘式破碎机，该设备可用于包覆燃料颗粒碳化硅层的破碎，当固定轮和转动轮间的间隙为0.6mm时，100%破碎包覆碳化硅层，基本不引起二氧化铀核芯的破碎 。
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