金属陶瓷核燃料，就是要把裂变产物损伤限制在UO2颗粒附近基体内，从而使它因辐照产生的性能变化很小。金属陶瓷中的弥散状态，则由UO2颗粒尺寸及其在弥散体中的体积含量而确定下来。一般假设UO2颗粒是等直径的球形，并且均匀分布在金属基体中，其排列方式有两种：一种是简单立方排列；一种是密集堆叠排列，即正四面体排列。前者排列松散，但颗粒间距紧凑，它对于稀疏的燃料颗粒排列是适当的模型；后者排列紧密，但颗粒间距较大。
从金属陶瓷燃料辐照理论出发，在整个燃料使用寿期内，使包围UO2颗粒的未受裂变产物损伤的金属基体始终形成连续的网络。这就要求数据基体的体积份额占优势以及UO2颗粒尺寸应比裂变碎片在UO2中的反冲行程大得多，即UO2颗粒间距要大到使受到裂变产物损伤的基体区域既不相碰，更不重迭。在满足这一要求的前提下，往往可以允许UO2颗粒之间存在低浓度的裂变产物。因为这样来修正关于未受损伤的基体金属形成连续网络的概念，即所谓连续网络，不是以是否存在裂变产物为依据，而是以裂变产物对基体金属的物理和机械性能的有害影响在允许程度以下为依据，即允许有较小的颗粒间距和较大的燃料相体积份额。同时，如果受裂变产物损伤的基体区域中裂变产物含量过高的话，该损伤区将发生局部破坏，因此裂变产物从UO2颗粒中逸出的份额应低于10%。还应把单位体积基体中的平均裂变产物浓度作为金属陶瓷核燃料性能变化的另一个适当度量，这个观点是认为基体局部损伤不受限制。
综上所述，从金属陶瓷核燃料辐照理论出发，在燃料相含量和燃料颗粒尺寸设计中，应同时满足颗粒排列、裂变产物浓度，单位体积基体中的平均裂变产物浓度等要求。
在UO2相含量和颗粒尺寸设计中，除依据金属陶瓷辐照理论外，还要考虑压力加工中的一些因素：
（1） 首先，UO2颗粒愈小，愈容易做到均匀分散，通常要求颗粒尺寸为100～200 μm；
（2） 其次，由于这类燃料元件由热轧加工做成，热轧中，为保证燃料芯体有良好的流动性，防止UO2颗粒嵌入包壳，又要求UO2颗粒直径上限满足80～100 μm；
（3） UO2颗粒尺寸很大或很小时都会使燃料芯体强度急剧下降，为此宜取50～100 μm；
（4） 压力加工要求燃料芯体及其包壳材料间的流动性能差别尽可能小，除使燃料芯体的基体金属与包壳材料相同外（为使其界面冶金结合），还要求燃料相含量不能太高。尽管国外已做出UO2相体积含量达50%的UO2-不锈钢金属陶瓷板元件，但在几个核反应堆中正式使用的UO2-不锈钢金属陶瓷板，其UO2相质量含量均在30%（相当于24.5%体积含量）之内； 相关文献认为，高于40%体积含量的金属陶瓷核燃料难度较大。
综上所述，从压力加工方面考虑，UO2颗粒直径宜取为100 μm以下。
