本发明公开了一种圆管状燃料元件及其应用，圆管状燃料元件包括内包壳、外包壳、上端塞和下端塞，上端塞与内包壳和外包壳的一端端部相连，下端塞与内包壳和外包壳的另一端端部相连，其特征在于，所述内包壳和外包壳之间设置有燃料芯体，所述燃料芯体两端均为厚度渐变结构，燃料芯体的两端分别与上端塞和下端塞冶金结合。通过将燃料芯体两端设计厚度渐变结构，使得应力分散、避免包壳局部厚度过薄，包壳和燃料芯体完全贴合使得结构完整，各组成部分结合紧密，有助于燃料芯体内部热量快速、有效地传递到冷却剂中，能够显著降低燃料温度。适用于压水研究试验堆，作为燃料元件使用。