В эту трубку с зазором 0,19 - 0,32мм на диаметр помещены таблетки двуокиси урана высотой (длиной) 20мм и диаметром 7 53 -0 05мм В середине этих таблеток имеются отверстия диаметром 2,3мм, а края таблеток скруглены фасками Общая длина столба этих таблеток в твэле составляет 3530мм. Все размеры указаны для холодного состояния Длина трубки твэл составляет 3800мм поэтому положение столба топливных таблеток в твэле зафиксировано разрезными втулками из нержавеющей стали и пружиной не препятствующими тепловым перемещениям.

При установке приварке и герметизации концевых пробок твэла его внутренняя полость заполняется гелием до давления 20-25 атм Внутренний объем твэла в холодном состоянии 181 см3 на 70% заполнен таблетками топлива а 30% составляют газовый объем Общая длина твэла 3837 мм общий вес - 2 1 кг на его нижней концевой пробке имеется поперечное отверстие для крепления к нижней опорной решетке тепловыделяющей сборки.

Герметичность каждого твэла проверяется гелиевым течеискателем по самым высоким существующим требованиям Герметизирующие элементы твэла (трубка и концевые детали) называют оболочкой а таблетки двуокиси урана называют топливным сердечником В , качестве материала для изготовления трубок твэл традиционно применяется рекристализованный сплав циркония с 1% ниобия.

Преимущество циркония заключается в удачном сочетании ядерных и физических характеристик с механическими и коррозионными свойствами Цирконий коррозионно стоек в большинстве сред применяемых в качестве теплоносителей ядерных реакторов и достаточно технологичен Наибольшее распространение в реакторах типа ВВЭР получил сплав циркония с одним весовым процентом ниобия (сплав Н-1) Плотность данного сплава 6 55 гр/см3 температура плавления 1860 0С

При исследовании свойств сплава Н-1 было выявлено что температура 350 0С является своеобразной критической точкой после которой прочностные свойства сплава ухудшаются а пластические увеличиваются Наиболее резко свойства изменяются в интервале 400-500 0С При температуре около 1000 градусов цирконий взаимодействует с водяным паром по реакции его окисления

при 1200 градусах эта реакция протекает быстро (минуты).

При этом выделяется тепло реакции которое далее разогревает оболочку до плавления (1860 градусов) с поверхности вглубь толщины трубки при этом образуется много водорода Таблетки двуокиси урана имеют высокую температуру плавления (около 2800 градусов) не взаимодействуют с водой и паром даже при высоких температурах, совместимы с материалом оболочки твэл.

Двуокись урана имеет такую же плохую теплопроводность как огнеупорные материалы (в 40 раз меньше чем у стали) Плотность двуокиси урана 10 4 - 10 8 г/см3 При осуществлении цепной реакции деления урана в объеме топливных таблеток равномерно выделяется тепло с интенсивностью до 0 45 кВт на 1 кубический сантиметр (450 квт/литр)

Тепло это отводится из объема таблеток теплопроводностью к поверхности трубок (оболочек), охлаждаемых водой, поэтому наибольшая температура устанавливается в середине таблеток.

При номинальной мощности топлива средняя температура в центре топливных таблеток составляет около 1600 градусов, а на поверхности этих таблеток - около 470 градусов. Максимальная температура соответственно достигает 1940 и 900 градусов. При работе топлива с номинальной мощностью перепад температуры на газовом зазоре между таблетками и трубкой (оболочкой) в среднем составляет 100 градусов, а по толщине самой трубки - 23 0С. Температура наружной поверхности трубки твэл при этом составляет около 350 градусов. Удельный тепловой поток через эту поверхность в среднем около 0,6 мВт/м2, а линейный тепловой поток - 17 квт/метр трубки.

При номинальной мощности давление гелия под оболочкой твэл составляет 80-100 атм. Топливный сердечник твэла при этом удлиняется от нагрева на 30 мм.

Содержание делящегося урана-235 в массе топливных таблеток составляет от 4,4% в начале работы до 0,8 - 1% перед выгрузкой из реактора через три года работы. Около 5% осколков деления урана представляют собой газообразные вещества, которые увеличивают давление газов под оболочкой твэл на 80 атмосфер в конце кампании в горячем рабочем состоянии. После охлаждения топлива парциальное давление этих газообразных осколков деления в оболочке твэл составляет около 20 атм.