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Als Mischoxid-Brennelemente, kurz: MOX-Brennelemente (MOX = Mischoxid), werden in der Kerntechnik Brennelemente bezeichnet, die im Gegensatz zu Brennelementen aus reinem Urandioxid ein weiteres Oxid enthalten. Meist handelt es sich dabei um Plutoniumoxid, seltener um Thoriumoxid. Das Herstellungsverfahren von MOX-Brennelementen ähnelt dem von Urandioxid-Brennelementen. Wegen der Anwesenheit von Plutonium sind aber deutlich größere Sicherheitsvorkehrungen zu treffen. Die Verarbeitung erfolgt in abgeschirmten, luftdichten Umschließungen (Handschuhkastentechnik) und ist weitgehend automatisiert. Durch den Einsatz von MOX-Brennstoff kann das bei der Wiederaufarbeitung abgetrennte Plutonium wieder in den Kernreaktor zurückgeführt und zur Energieerzeugung genutzt werden.

Die wichtigsten Anlagen zur Herstellung von MOX-Brennelementen befinden sich in Frankreich (Anlage Melox, Marcoule), Belgien (Dessel) und Großbritannien (Anlage SMP, Sellafield).