Basen wypalonego paliwa to miejsce przechowywania wypalonego paliwa jądrowego, które umożliwia jego schłodzenie przed przeniesieniem do bardziej odpowiedniego długoterminowego przechowywania. W miarę zużywania się paliwa w reaktorze można je przenieść do basenu, gdzie pozostaje zanurzone, aby stworzyć osłonę przed promieniowaniem i dać mu możliwość ochłodzenia. Basen może być obsługiwany przez automatyczny system, dzięki czemu pracownicy nie mają bezpośredniego kontaktu z elementami, z wyjątkiem potrzeb serwisowych. W innych przypadkach pracownicy muszą ręcznie manipulować prętami paliwowymi i innymi elementami, aby umieścić paliwo w magazynie.
Zazwyczaj baseny wypalonego paliwa znajdują się blisko reaktora dla wygody. Składają się z gigantycznych betonowych zbiorników wyłożonych stalą nierdzewną i wyposażonych w stojaki na poszczególne pręty paliwowe. Izolujący bor może być dodany w celu zmniejszenia ryzyka reakcji łańcuchowej. Głębokość basenu dyktuje, ile prętów może pomieścić; wymagania prawne mogą wymagać pewnego zasięgu, a obiekty mogą sprawić, że zbiornik wypalonego paliwa będzie jeszcze głębszy, co zwiększy bezpieczeństwo.
Gdy pręty znajdują się w basenie z wypalonym paliwem, temperatura wody wzrasta. Obiekty jądrowe muszą stale przepuszczać wodę przez urządzenia chłodzące iz powrotem do basenu, aby utrzymać niską temperaturę. Monitorują go również pod kątem oznak reakcji, które mogą powodować gromadzenie się dużych ilości wodoru wokół zbiornika z wypalonym paliwem. Wymaga to stałego nadzoru ze strony wykwalifikowanych techników zaznajomionych z typowymi problemami dotyczącymi basenów z wypalonym paliwem, aby mogli działać szybko, jeśli problemy zaczną się pojawiać.
Obiekty mogą utrzymywać początkowy basen do natychmiastowego chłodzenia, a następnie większy basen na starsze paliwo. Gdy zaczyna się napełniać, technicy muszą przenieść stare pręty paliwowe do suchego magazynu w beczkach. W tej technice pręty są usuwane z basenu i umieszczane w specjalnie zaprojektowanych pojemnikach, które zapobiegają wyciekowi promieniowania. Przechowywane paliwo można przetransportować do magazynu długoterminowego, gdzie z biegiem czasu powoli się rozkłada.
Projekt basenu z wypalonym paliwem wiąże się z poważnymi problemami bezpieczeństwa. Jeśli basen nie jest odpowiednio zaprojektowany i utrzymywany, istnieje ryzyko reakcji łańcucha jądrowego, która może spowodować poważne szkody dla środowiska. Istnieje również ryzyko przepełnienia basenów, co prowadzi do sytuacji, w której elektrownia nie ma miejsca na przechowywanie zużytych prętów paliwowych. Inżynierowie odpowiedzialni za projektowanie i konserwację obiektów jądrowych muszą przedstawić dowody na to, że planują z wyprzedzeniem zaopatrzenie w paliwo i mogą spełnić normy regulacyjne dotyczące bezpieczeństwa paliwa jądrowego.