Газообразные вещества, с одной стороны, обладают хорошими ядерно-физическими свойствами (малое сечение захвата тепловых нейтронов позволяет использовать в качестве топлива природный уран) и удовлетворительными физико-химическими свойствами (коррозионно-инертны), а с другой стороны, имеют плохие теплофизические свойства (кроме водорода и гелия). Теплоемкость, теплопроводность и плотность газов малы, поэтому для отвода теплоты необходимо прокачивать через активную зону реактора большие объемы газового теплоносителя, а в некоторых случаях, для увеличения поверхности теплообмена, использовать оребрениетвэлов.
Применение в качестве теплоносителя нашли углекислый газ С02и гелий. В качестве теплоносителя С02 был применен на первой АЭС Великобритании «Колдер-Холл» (1956). По типу этой АЭС в Великобритании были построены еще шесть станций: Брадуэлл (1962), Троусфилд (1964), «Данджнесс А» (1965), Сайзуэлл (1966), Олдбери (1967), Уилфа (1970). Несколько АЭС с теплоносителем С02 действовали во Франции, по одной — в Японии, Италии и Испании.
Газообразная СО, не вызывает коррозии стали. Однако, так как давление в пароводяном контуре АЭС выше, чем в теплоносителе, влага проникала в С02 через неплотности в парогенераторе. Это вызывало коррозию и разрушение стальных деталей и узлов реактора.
Гелий обладает хорошими теплопередающими свойствами и является перспективным теплоносителем. Гелий — инертный газ, он не взаимодействует с графитовым замедлителем при высоких температурах (до 1000° С и более). Это позволяет получать на АЭС с высокотемпературными реакторами пар высоких параметров и соответственно повысить КПД АЭС, а в перспективе — перейти к прямому циклу с газовой турбиной.
