在反應堆內能使核裂變反應自持的易裂變物質，稱為核燃料，以核燃料為芯體，與冷卻劑有隔離包殼並易裝卸更換的獨立結構單元就是核燃料元件。燃料芯體是核燃料元件的核心部件，也是反應堆的能量源泉。
燃料芯體的性能要求,燃料芯體的物質形態分類,
燃料芯體的性能要求
燃料芯體是反應堆中實現核裂變的重要材料，工況也最苛刻。它受到高溫和氣態、固態裂變產物以及高能例子的作用和影響，隨之引起熱應力、晶格破壞和腫脹以及產生內壓和腐蝕的危害，從而使燃料比功率和燃耗以及燃料棒直徑的大小受到限制。為了抵禦這些危害，提高燃料元件的性能，使其能夠穩定可靠和長期高效的工作，燃料芯體應滿足下列要求：
- 具有足夠的強度、抗輻照、耐腐蝕和包容裂變產物的能力強；
- 具有良好的熱穩定性，在深燃耗下能保持燃料芯塊尺寸和形狀穩定；
3）導熱率好、熱膨脹係數小、熔點好、組織穩定、耐受比功率和功率密度提高的能力強；
4）化學穩定性高、與包殼相容性好；
5）成本低、後處理方便。
燃料芯體的物質形態分類
燃料的物質形態分為液態燃料和固態燃料，固態燃料又可以分為金屬型、陶瓷型和彌散型燃料。
金屬型燃料：包括金屬鈾與鈾合金。它們的優點是密度高，單位體積內含易裂變核素多，導熱率大，易加工。但金屬型燃料熔點低、工作溫度低，與冷卻劑和包殼材料的相容性一般較差，且各向異性大，輻照易產生變形、生長和腫脹，因此不允許燃耗深度大（0.3%-0.35%）。
陶瓷型燃料：它主要包括UO2及含鈾和鈽的氧化物、碳化物和氮化物。優點是熔點高、熱穩定性好、中子俘獲截面低，各向異性小，輻照穩定性好，對包殼與冷卻劑有良好的相容性，燃耗深度比金屬型燃料大。但缺點是密度低、質硬而脆，不易加工，導熱率小，輻照時芯塊溫差大、中心溫度高，由輻照腫脹、密實化和芯塊開裂傾向等。因UO2的這些缺點仍遜色於它的優點，所以它被廣泛用作為動力堆的材料。
彌散體型燃料：微細顆粒的燃料相，均勻地彌散在非裂變材料基體中的核燃料。其中燃料相採用鈾與鋁的金屬間化合物或鈾的氧化物、碳化物和氮化物以及其它易裂變材料；基體材料採用Al，Be，Zr，Nb，W和不鏽鋼以及陶瓷材料等。由此可見，彌散型核燃料是利用強度好、塑韌性和導熱率大的基體材料，彌補導熱差、脆性大的陶瓷燃料的缺點，即綜合金屬型和陶瓷型燃料的優點，來克服彼此的缺點，進而提高輻照穩定性，增大燃耗深度。彌散型燃料已成功套用的例子有：實驗堆用的UAl-Al，U3Si2-Al和高溫氣冷堆用的包敷燃料顆粒彌散在石墨基體中製成的球或塊狀燃料等。
根據燃料物質形態的分類與套用
燃料形式 | 物質形態 | 燃料材料 | 堆型（堆名） |
固體燃料 | 金屬型 金屬 合金 | U U-Al U-Mo U-ZrH U3Si2-Al | 石墨慢化堆（CalderHall） 快堆（EBR-Ⅱ） 脈衝堆（NSRR） 重水堆 |
陶瓷型 | UO2 （U，Pu）O2 （U，Pu）C （U，Pu）N | 輕水堆、重水堆等 快堆 快堆 快堆 | |
彌散體型 金屬-金屬 陶瓷-金屬 陶瓷-陶瓷 金屬陶瓷 | UAl4-Al UO2-Al （U，Th）O2-（PyC，SiC）-Gr （U，Th）O2-（PyC，SiC）-Gr，UO2-W | MTR HFIR 高溫氣冷堆 高溫氣冷堆 | |
液體燃料 | 水溶液 懸濁液 液態金屬 熔鹽 | （UO2）SO4-H2O U3O8-H2O U-Bi UF4-LiF-BeF2-ZrF4 | 沸水堆 水均勻堆 熔鹽堆（MSRE） |
