核燃料元件的工作條件可謂是水深火熱——反應(yīng)堆內(nèi)是強(qiáng)輻射、高溫、高流速甚至高壓的環(huán)境，燃料元件要在正?；虍惓l件下完好無(wú)損，并且要在反應(yīng)堆內(nèi)堅(jiān)持幾年的時(shí)間才能卸出。因此，核燃料元件制造的技術(shù)含量比較高。對(duì)于高溫氣冷堆的球形燃料元件、研究試驗(yàn)堆的板狀燃料元件等，因?yàn)槿剂铣煞植煌?、元件形態(tài)各異，也就分別有了各具特色的制造方法。對(duì)于壓水堆核電廠，由低濃縮的六氟化鈾到制造出燃料元件，一般需要經(jīng)歷四個(gè)工序。

　　第一個(gè)工序是將六氟化鈾化工轉(zhuǎn)化為二氧化鈾粉末。最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)二氧化鈾粉末的工藝是ADU濕法，即將原料六氟化鈾通過(guò)汽化、水解、沉淀、干燥為重鈾酸銨（ADU）粉末，然后再通過(guò)煅燒分解脫氟還原成二氧化鈾粉末。這種工藝流程較長(zhǎng)，產(chǎn)生大量廢水需要處理。后來(lái)又發(fā)展出了IDR干法，即將原料六氟化鈾在干式轉(zhuǎn)化爐中與氫氣和水蒸氣反應(yīng)生成二氧化鈾粉末。這種方法在一臺(tái)設(shè)備內(nèi)通過(guò)連續(xù)操作完成制備，環(huán)境污染小。

　　第二個(gè)工序是二氧化鈾芯塊的制備。這個(gè)過(guò)程類似于一般陶瓷的制造工藝，第一個(gè)工序制得的二氧化鈾粉末，要進(jìn)行合批均勻化處理，使不同批次的粉末均勻一致地混合，然后壓制出生坯，放到燒結(jié)爐中燒結(jié)。燒結(jié)是芯塊制備的關(guān)鍵工藝。生坯燒結(jié)時(shí)會(huì)發(fā)生顯著的收縮，因此在燒結(jié)過(guò)程中需要優(yōu)選燒結(jié)的氣氛、溫度、時(shí)間等條件，對(duì)可能發(fā)生的收縮精確控制，保證芯塊的尺寸和密度的公差要求。燒結(jié)后的芯塊還要經(jīng)過(guò)磨削、水洗和干燥和產(chǎn)品檢驗(yàn)。

　　第三個(gè)工序是鋯合金包殼管的準(zhǔn)備。包殼管用來(lái)包容燃料芯塊，封閉裂變產(chǎn)物，直接影響著燃料元件的使用壽命。核電發(fā)展早期曾使用過(guò)鋁合金和鎂合金作為包殼材料，但是禁不住高溫高壓水的腐蝕，逐漸被鋯合金取代。鋯幾乎不會(huì)浪費(fèi)反應(yīng)堆內(nèi)的中子，熔點(diǎn)很高，摻入了錫、鎳等元素后熔煉出的合金耐腐蝕性能很好，燃料元件在反應(yīng)堆內(nèi)的服役時(shí)間不斷攀升。為了提高包殼管的壽命，還要對(duì)其表面進(jìn)行處理，生成一層氧化膜，減少搬運(yùn)轉(zhuǎn)移過(guò)程中的劃傷污損，降低在反應(yīng)堆內(nèi)的腐蝕速率，同時(shí)可以根據(jù)局部變色進(jìn)行外觀檢查。

　　第四個(gè)工序是燃料棒的組裝。燃料棒的組裝說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，就是先把鋯合金包殼管的底部通過(guò)焊接短塞封好，然后把二氧化鈾芯塊連同壓緊彈簧等裝進(jìn)去，最后安好上短塞。但是這道工序做起來(lái)還是細(xì)致活兒，因?yàn)樾緣K和包殼之間間隙很小，不管是機(jī)械化自動(dòng)裝管還是手工裝管，都要注意避免出現(xiàn)芯塊安裝不到位、不同豐度芯塊混裝、污染包殼管表面等現(xiàn)象，這些都會(huì)影響到燃料元件在反應(yīng)堆內(nèi)的輻照行為。

　　燃料棒裝入由格架和導(dǎo)向管焊成的骨架中，再與上下管座相連接，就做好了燃料組件，可以放入反應(yīng)堆內(nèi)工作了。

　　隨著核電運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，燃料元件的設(shè)計(jì)更趨合理、性能不斷提高。AP1000反應(yīng)堆所使用的燃料組件的平均燃耗可以達(dá)到上世紀(jì)70年代初的3倍。