Hình thức nhiên liệu hạt nhân khác nhau khác tìm thấy sử dụng trong các ứng dụng cụ thể, nhưng thiếu việc sử dụng rộng rãi trong BWR, PWR, và nhà máy điện CANDU. Nhiều người trong số các hình thức nhiên liệu chỉ được tìm thấy trong các lò phản ứng nghiên cứu, hoặc có các ứng dụng quân sự.

A magnox fuel rod

Nhiên liệu Magnox

Lò phản ứng Magnox/Magnox được áp lực, làm mát bằng khí carbon dioxit, graphite sử dụng uranium tự nhiên (loại không làm giàu) làm nhiên liệu và hợp kim Magnox như nhiên liệu chung. Áp suất làm việc khác nhau 6,9-19,35 bar cho các bình áp lực thép, và cả hai thiết kế bê tông cốt thép hoạt động ở 24,8 và 27 bar. Hợp kim Magnox bao gồm chủ yếu là magie với một lượng nhỏ aluminium và các kim loại được sử dụng trong nhiên liệu uranium bề mặt bằng kim loại unenriched với một tổ chức phi oxy hóa bao gồm để chứa các sản phẩm phân hạch. “Magnox” là viết tắt của ""Mag""nesium ""n""on-""ox"" phi oxy hoá. Tài liệu này có lợi thế là một chụp neutron thấp cắt ngang, nhưng có hai nhược điểm chính:

• Nó giới hạn nhiệt độ cao nhất, vì vậy nhiệt hiệu quả của nhà máy.
• Nó phản ứng với nước, ngăn ngừa thiếu nhiên liệu dưới nước được lưu trữ lâu dài.

Nhiên liệu Magnox kết hợp vây làm mát để cung cấp truyền nhiệt tối đa mặc dù nhiệt độ hoạt động thấp, làm cho nó tốn kém để sản xuất. Trong khi việc sử dụng các kim loại uranium chứ không phải là oxit đã tái chế đơn giản hơn và do đó rẻ hơn, sự cần thiết phải tái xử lý nhiên liệu trong một thời gian ngắn sau khi lấy ra khỏi lò phản ứng có nghĩa là sản phẩm phân hạch nguy hiểm là nghiêm trọng. Các cơ sở xử lý từ xa tốn kém đã được yêu cầu để giải quyết nguy cơ này.

TRISO fuel particle which has been cracked, showing the multiple coating layers

Nguyên liệu TRISO

Tristructural-đẳng hướng (TRISO) nhiên liệu là một loại hạt nhiên liệu vi mô. Nó bao gồm một hạt nhân nhiên liệu gồm UOX (đôi khi UC hoặc UCO) ở trung tâm, phủ một lớp bốn lớp của ba vật liệu đẳng hướng. Bốn lớp là một lớp xốp đệm làm bằng carbon, tiếp theo là một lớp bên trong dày đặc carbon pyrolytic (PYC), tiếp theo là một lớp gốm SiC để giữ lại sản phẩm phân hạch ở nhiệt độ cao và cung cấp cho các hạt TRISO toàn vẹn về cấu trúc hơn, tiếp bởi một lớp ngoài dày đặc của PYC. hạt nhiên liệu TRISO được thiết kế không để crack do sự căng thẳng từ các quá trình (như khác biệt mở rộng hoặc khí phân hạch áp nhiệt) ở nhiệt độ lên tới và xa hơn 1600 °C, và do đó có thể chứa nhiên liệu trong điều tồi tệ nhất của kịch bản tai nạn trong một đúng cách thiết kế lò phản ứng. Hai bản thiết kế lò phản ứng như vậy là lò phản ứng sỏi giường (PBR), trong đó hàng ngàn hạt nhiên liệu TRISO được phân tán thành sỏi graphite, và lò phản ứng khí làm mát bằng lăng trụ-block (chẳng hạn như GT-MHR), trong đó các hạt nhiên liệu TRISO được chế tạo thành máy ảnh compact và được đặt trong một ma trận khối graphite. Cả hai thiết kế lò phản ứng là lò phản ứng khí đốt ở nhiệt độ cao (HTGRs). Đây cũng là thiết kế lò phản ứng cơ bản của các lò phản ứng ở nhiệt độ rất cao (VHTRs), một trong sáu lớp học thiết kế lò phản ứng vào sáng kiến ​​thế hệ IV rằng đang cố gắng đạt tới nhiệt độ ổ cắm HTGR thậm chí cao hơn. Cả hai thiết kế lò phản ứng là lò phản ứng khí đốt ở nhiệt độ cao (HTGRs). Đây cũng là thiết kế lò phản ứng cơ bản của các lò phản ứng ở nhiệt độ rất cao (VHTRs), một trong sáu lớp học thiết kế lò phản ứng vào sáng kiến ​​thế hệ IV rằng đang cố gắng đạt tới nhiệt độ ổ cắm HTGR thậm chí cao hơn. Cả hai thiết kế lò phản ứng là lò phản ứng khí đốt ở nhiệt độ cao (HTGRs). Đây cũng là thiết kế lò phản ứng cơ bản của các lò phản ứng ở nhiệt độ rất cao (VHTRs), một trong sáu lớp học thiết kế lò phản ứng vào sáng kiến ​​thế hệ IV rằng đang cố gắng đạt tới nhiệt độ ổ cắm HTGR thậm chí cao hơn.

Hạt nhiên liệu TRISO ban đầu được phát triển ở Vương quốc Anh như một phần của dự án lò phản ứng Dragon. Việc đưa các SiC là rào cản sự khuếch tán lần đầu tiên được đề xuất bởi DT Livey.[5] Các lò phản ứng hạt nhân đầu tiên sử dụng nhiên liệu TRISO là lò phản ứng Dragon và các powerplant đầu tiên là THTR-300. Hiện nay, máy ảnh compact TRISO nhiên liệu đang được sử dụng trong các lò phản ứng thử nghiệm, các HTR-10 ở Trung Quốc, và kỹ thuật thử nghiệm nhiệt độ cao lò phản ứng tại Nhật Bản. Yếu tố nhiên liệu cầu sử dụng một hạt TRISO với một UO2 và UC dung dịch rắn hạt nhân đang được sử dụng trong Xe-100 tại Hoa Kỳ.

QUADRISO Particle

Nhiên liệu QUADRISO

Trong thành phần QUADRISO hạt một neutron chất độc dễ cháy (europi oxit hoặc Erbi ôxit hoặc cacbua) lớp bao quanh hạt nhiên liệu bình thường TRISO hạt để quản lý tốt hơn sự vượt trội của phản ứng. Nếu lõi được trang bị cả với nhiên liệu TRISO và QUADRISO, tại thời điểm đầu tiên trong sự hình thành của các nơtron không đạt được nhiên liệu của các hạt QUADRISO vì chúng đang dừng lại bởi những chất độc cháy. Trong thời gian chiếu xạ, chất độc làm suy yếu và nhiều neutron có thể dòng vào nhiên liệu hạt nhân QUADRISO hạt gây ra phản ứng phân hạch. Cơ chế này bù đắp cho sự suy giảm bình thường của vật liệu phân hạch trong nhiên liệu từ. Trong khái niệm tổng quát nhiên liệu QUADRISO chất độc cuối cùng có thể được trộn với nhiên liệu hạt nhân hoặc pyrocarbon bên ngoài. Khái niệm QUADRISO đã được hình thành tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne.

RBMK reactor fuel rod holder 1 – distancing armature; 2 – fuel rods shell; 3 – fuel tablets.

Nhiên liệu RBMK

Nhiên liệu lò RBMKđược xây dựng theo kiến trúc của Soviet. Đây là một nhiên liệu uranium oxide thấp. Các thành phần nhiên liệu trong một RBMK dài 3 m, và hai trong số đó gắn kết chặt chẽ với nhau trên mỗi kênh nhiên liệu, ống áp lực. uranium tái chế từ VVER Nga lò phản ứng dành nhiên liệu được sử dụng để chế tạo nhiên liệu RBMK. Sau khi tai nạn Chernobyl, mức nhiên liệu được thay đổi từ 2,0% xuống còn 2,4%, để bù đắp cho những thay đổi thanh điều khiển và sự ra đời của vật liệu hấp thụ bổ sung.

Nhiên liệu CerMet

Nhiên liệu CerMet bao gồm các hạt nhiên liệu gốm (thường là urani ôxit) nhúng vào trong một ma trận bằng kim loại. Nó được đưa ra giả thuyết [bởi ai?] rằng loại nhiên liệu là những gì được sử dụng trong lò phản ứng của Hải quân Hoa Kỳ. Nhiên liệu này có đặc điểm vận chuyển của nhiệt độ cao và có thể chịu sự dãn nỡ lớn.

ATR Core The Advanced Test Reactor at Idaho National Laboratory uses plate-type fuel in a clover leaf arrangement. The blue glow around the core is known as Cherenkov radiation.

Nhiên liệu Plate-type

Nhiên liệu Plate-type đã rơi ra khỏi lợi trong những năm qua.Nhiên liệu Plate-type thông thường gồm có kẹp giữa các tấm ốp kim loại urani được làm giàu. Tấm-loại nhiên liệu được sử dụng trong một số nghiên cứu lò phản ứng mà tuôn ra nơtron cao là mong muốn, cho người sử dụng chẳng hạn như tài liệu chiếu xạ nghiên cứu hoặc sản xuất đồng vị, nếu không có nhiệt độ cao trong nhiên liệu gốm, hình trụ. Nó hiện đang được sử dụng Advanced Test Reactor (ATR) tại Idaho National Laboratory, và các lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu tại University of Massachusetts Lowell Radiation Laboratory. [cần dẫn nguồn]

Nhiên liệu Sodium-bonded

Nhiên liệu Sodium-bonded bao gồm các nhiên liệu này có natri lỏng trong khoảng cách giữa các nhiên liệu sâm (hoặc hạt) và lớp phủ. Loại nhiên liệu này thường được sử dụng để làm lạnh bằng natri lỏng kim loại nhanh lò phản ứng. Nó đã được sử dụng trong EBR-I, EBR-II và FFTF. Sên nhiên liệu có thể bằng kim loại hoặc gốm sứ.Sodium bonding được sử dụng để làm giảm nhiệt độ của nhiên liệu.