精确计算燃料元件和反应堆结构件的温度分布对于预测这些组件的全寿期特性非常重要。温度梯度决定了材料中的热应力水平、高温及载荷下结构的变形、蠕变特性和材料的低温破坏特性等。温度还影响冷却剂和固体的化学反应和扩散特性，影响材料的腐蚀特性。此外，燃料和冷却剂的温度还会导致其中子反应特性的变化，进而影响精确预测稳态和瞬态条件下的堆芯释热特性。本节将重点关注燃料元件中的稳态温度场，所涉及的原理也适用于结构件的温度场计算。

燃料元件中的温度分布主要受堆芯释热、燃料的物理性能、冷却剂和燃料包壳的温度条件等影响。燃料棒中的释热正如在2.2节中已经详细讨论的那样，主要受燃料棒附近中子慢化情况及燃料棒内中子反应速率的影响，而这又与材料性质和其温度等相关。尽管目前在某些条件下可以解耦这种关系，但要精确预测燃料温度还是需要确定中子和温度场分布。为了简单起见，本书在计算温度场之前都假定释热率分布不受这些参数的影响。

自1955年开始运行的希平港压水堆后，铀氧化物在轻水堆中得到了广泛应用。而金属铀及其合金则应用在研究堆中。早期的液态金属冷却反应堆主要使用钚燃料，而现在转为使用UO2和PuO2混合燃料。20世纪80年代在美国设计的快堆中又重新兴起使用金属燃料。在本章后面还将重点讨论这些材料的性质。在轻水堆中使用的UO2燃料以其优良的化学和耐辐照性能为显著优点，而使得如低热导率和铀原子密度低等缺点不那么显著。而碳化物和氮化物燃料如果能够验证在辐照下膨胀不显著，在未来的反应堆中仍然可以得到使用。

表2-9和表2-10分别给出了各种燃料材料和包壳材料的热物理性质。

表2-9　燃料材料的热物理性质(www.daowen.com)

续表

表2-10　包壳材料的热物理性质