กากกัมมันตรังสี (อังกฤษ: Radioactive waste) เป็นของเสียที่ประกอบด้วยสารกัมมันตรังสี กากกัมมันตรังสีมักจะเป็น'ผลพลอยได้'ของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์และการใช้งานอื่นๆจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันหรือเทคโนโลยีนิวเคลียร์ เช่นการวิจัยนิวเคลียร์และการแพทย์นิวเคลียร์ กากกัมมันตรังสีเป็นอันตรายต่อสิ่งที่มีชีวิตและสิ่งแวดล้อม และถูกกำกับดูแลโดยหน่วยงานภาครัฐในการที่จะปกป้องสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคนิวตรอนไปกระทบกับนิวเคลียสของยูเรเนียมในสภาวะที่เหมาะสม ทำให้นิวเคลียสของยูเรเนียมแตกออกเป็นธาตุใหม่สองชนิดที่เป็นธาตุกัมมันตรังสีพร้อมทั้งให้พลังงานและนิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่ด้วย ธาตุใหม่สองชนิดที่เกิดจากการแตกตัวของยูเรเนียมนี้เองเรียกว่า กากกัมมันตรังสี ซึ่งจะติดอยู่ในเม็ดเชื้อเพลิงยูเรเนียมที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะถูกอัดเป็นเม็ดเซรามิก บรรจุเรียงตัวกันภายในแท่งเชื้อเพลิง จากนั้นจึงนำไปใช้งานในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ กากกัมมันตรังสีจากปฏิกิริยาการแตกตัวของยูเรเนียมที่เกิดอย่างต่อเนื่องเป็นลูกโซ่ภายในเครื่องปฏิกรณ์จะถูกกักเก็บอย่างมิดชิดภายในเม็ดเชื้อเพลิงที่มีปลอกแท่งเชื้อเพลิงห่อหุ้มอีกชั้นหนึ่ง ภายหลังการใช้งานแท่งเชื้อเพลิงไประยะหนึ่งจะมีกากกัมมันตรังสีเกิดสะสมขึ้นในเม็ดเชื้อเพลิงเป็นจำนวนมาก ทำให้ประสิทธิภาพของปฏิกิริยาลูกโซ่ลดลงจึงจำเป็นต้องมีการสับเปลี่ยนนำแท่งเชื้อเพลิงใช้แล้ว (อังกฤษ: spent nuclear fuel (SNF)) ออกมาและเติมแท่งเชื้อเพลิงใหม่เข้าไปเพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไปได้นอกจากนี้ระหว่างการเดินเครื่องโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยังมีกากกัมมันตรังสีบางประเภทปะปนในน้ำระบายความร้อนและอุปกรณ์ภายในเครื่องปฏิกรณ์ จากการดูดจับอนุภาคนิวตรอน ด้วยเหตุนี้ทำให้ผู้ผลิตไฟฟ้ามีภาระรับผิดชอบในการจัดการกับกากกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้น เพื่อป้องกันมิให้สารกัมมันตรังสีรั่วไหลออกสู่ภายนอกโรงไฟฟ้า ส่งผลกระทบต่อมนุษย์ และสิ่งแวดล้อมกัมมันตภาพรังสีสามารถสูญสลายตามธรรมชาติไปตามกาลเวลา ดังนั้นกากกัมมันตรังสีจะต้องมีการแยกและถูกคุมขังในสิ่งอำนวยความสะดวกเพื่อการกำจัดที่เหมาะสมเป็นระยะเวลานานเพียงพอจนกว่ามันจะไม่ทำให้เกิดอันตรายร้ายแรงอีกต่อไป ระยะเวลาของการเก็บกากของเสียจะขึ้นอยู่กับประเภทของของเสียและประเภทของไอโซโทปกัมมันตรังสี มันอาจมีระยะเวลาไม่กี่วันสำหรับไอโซโทปที่อายุสั้นมากๆจนถึงหลายล้านปีสำหรับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว วิธีการที่สำคัญในปัจจุบันในการจัดการกับกากกัมมันตรังสีคือการแยกและจัดเก็บสำหรับของเสียอายุสั้น การกำจัดโดยการฝังตื้นใกล้พื้นผิวโลกสำหรับของเสียระดับต่ำและระดับกลางบางส่วน และการฝังศพลึกหรือการแบ่งส่วน/การแปลงสภาพ (อังกฤษ: transmutation) สำหรับของเสียในระดับสูง บทสรุปของปริมาณกากกัมมันตรังสีและแนวทางการจัดการสำหรับประเทศที่พัฒนาแล้วส่วนใหญ่จะมีการนำเสนอและทบทวนเป็นระยะๆซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ 'อนุสัญญาร่วมว่าด้วยความปลอดภัยของระบบการบริหารจัดการเชื้อเพลิงใช้แล้วและความปลอดภัยของการจัดการของเสียกัมมันตรังสี' (อังกฤษ: Joint Convention on the Safety of Spent Fuel Management and on the Safety of Radioactive Waste Management) ของสำนักงานพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (อังกฤษ: International Atomic Energy Agency (IAEA))[1]