高温气冷堆的燃料为包覆颗粒的形式镶嵌在石墨块或石墨球中，规则的孔或球之间的间隙提供了氦冷却剂的流道。有两种包覆颗粒（图1-20）。BISO类型燃料颗粒在燃料核上包覆有一层低密度的热解碳作为缓冲层，外面包覆有一层高密度高强度的热解碳层。而TRISO型的燃料颗粒在两层如BISO型的高密度热解碳层之间夹了一层碳化硅层。在这两种颗粒中，内层和燃料核设计为可容纳膨胀并可包容裂变产物。而缓冲层作为缓冲裂变碎片的反弹层。层状结构还有助于防止裂纹扩展。碳化硅层用于保证尺寸稳定性和低的扩散速率。它相对于周围的热解碳层有更高的热膨胀系数，因此正常情况下是处于被压缩状态。两种颗粒的包覆层厚度大概为150μm。TRISO包覆层用于235U富集度为93%的颗粒，而BISO颗粒则用于钍颗粒，由增殖材料组成。

图1-20　高温气冷堆燃料颗粒(www.daowen.com)

典型的尺寸：内核直径100～300μm；总包覆层厚度：50～190μm

因为裂变气体通过包覆层或者直接通过包覆层的裂纹扩散，因此需要在稳态裂变反应水平上对释放速率进行限制，使其低于设定水平。建立这些活度水平要保证因一回路事故泄漏时其放射性剂量在规程允许的范围内。对燃料颗粒中心温度的限制为：100%功率下约为1 300℃；短时功率瞬态峰值时约为1 600℃。

在满功率时限制最小稳态扩散，而对于瞬态的限制则基于堆内实验，设定为保护包覆层的最小破损。