Далее в докладе (не презентации!) дана краткая характеристика всех трёх видов топлива для быстрых натриевых реакторов.

Металлическое топливо отливается под давлением в виде длинных стержней (заготовок) из бинарных (U-Zr) или тройных (U-Pu-Zr, U-TRU-Zr) сплавов. Как правило, доля циркония составляет от 5% до 30%. Наличие циркония позволяет повысить температуру плавления и прочность конструкции, а также минимизировать возможности химического взаимодействия топлива и оболочки. Топливо термически связано с оболочкой через натриевый подслой, что обеспечивает почти беспрепятственную передачу тепла от топлива к теплоносителю. Рабочая температура обычно составляет от 700 К до 1000 К в центре топливных стержней, в зависимости от состава топлива и позиции по высоте. Температура плавления топлива составляет около 1500 К, также в зависимости от состава топлива. Для сбора газообразных продуктов деления предусматривается относительно большая полость, которую конструкторы обычно располагают в ТВС над топливным столбом. Большинство проектов металлического топлива имеют большой зазор между топливом и оболочкой, чтобы обеспечить достаточный объём при распухании на ранних этапах работы топлива и для образования взаимосвязанной пористости, что, в свою очередь, помогает избежать дальнейшего распухания при более глубоких выгораниях.

Оксидное топливо во многом аналогично оксидному урановому или MOX-топливу для легководных реакторов. Это спечённые керамические таблетки, уложенные внутри оболочки твэла, заполненной гелием. Из-за более низкой теплопроводности топлива и малой проводимости зазора оксидное топливо работает при относительно более высоких температурах, чем металлическое топливо. Рабочая температура обычно составляет от 2300 К до 2700 К в центре таблеток. Однако высокая температура плавления оксида (около 3000 К) обеспечивает сопоставимый, если не больший запас до расплавления активной зоны при постулируемых авариях. Хорошая структурная стабильность оксидного топлива ограничивает его распухание, что позволяет иметь меньший объём для сбора газообразных осколков. Конструкция оксидного топливного элемента позволяет использовать преимущества технологических процессов изготовления топлива для легководных реакторов. Отсутствие необходимости в натриевом подслое упрощает технологию переработки.

Нитридное топливо, как и оксидное, представляет собой керамические таблетки из нитрида урана или смеси нитридов урана и плутония, уложенные внутри оболочки твэла, заполненной гелием или, в качестве запасного варианта, жидким металлом. Из-за высокой теплопроводности нитридное топливо работает при более низкой температуре, чем оксидное топливо, но при более высокой, чем металлическое топливо. Рабочая температура обычно составляет от 800 К до 1300 К в центре таблеток в зависимости от их состава и теплопроводности зазора. Высокая температура плавления (около 3000 К) обеспечивает большой запас до расплавления активной зоны во время постулируемых аварий, однако эффективность нитрида ограничена термическим разложением топлива, которое начинается при 1700 К (с очень низкой скоростью) и становится значительным при 2200 К. Благодаря хорошей способности удерживать газообразные осколки давление в твэле относительно низкое. Для ограничения механического взаимодействия топлива и оболочки плотность топлива составляет около 80% от теоретической. Нитридное топливо рассматривается как перспективная новая форма топлива, сочетающая в себе лучшие свойства металлических и оксидных топлив. Нитрид обладает неприятным недостатком - при относительно низкой (ниже точки плавления) температуре он разлагается на металл и азот, что ограничивает его эффективность во время аварий и создаёт производственные проблемы. Ещё один недостаток нитридного топлива, который следует принимать во внимание - поглощение нейтронов по реакции ¹⁴N(n,р) ¹⁴С. Это ухудшает нейтронный баланс и ведёт к образованию ¹⁴С, изотопа с периодом полураспада 5700 лет.

к началу