25 августа 1960 г. Постановлением Совета Министров СССР и приказом министра среднего машиностроения от 7 сентября 1960 г. был создан Научно-исследовательский институт тепловыделяющих элементов — НИИ ТВЭЛ с опытным заводом.
Обязанности директора НИИ были возложены на Арсения Феодосьевича Петрова — директора Опытного завода.
На заседании коллегии Государственного комитета СМ СССР по использованию атомной энергии были определены важнейшие направления работы института:
∙ разработка высокотемпературных твэлов на основе карбидов и графита, а также дисперсионного и сплавного типа на основе жаропрочных материалов для специальных реакторных установок и термопреобразователей;
∙ разработка конструкционных материалов (на основе тугоплавких металлов и сплавов) и технологий изготовления изделий из них для оболочек высокотемпературных твэлов;
∙ разработка технологий получения редкоземельных элементов в виде окислов и металлов применительно к требованиям атомной науки и техники.
Впоследствии в процессе развития и структурных преобразований институт именовался ПНИТИ, НПО «Луч», ГосНИИ «НПО «Луч», ФГУП «НИИ НПО «Луч».
Предприятие стало изготовителем и поставщиком редких и тугоплавких металлов и изделий из них, в том числе прецизионных труб из циркония для твэлов ядерного реактора атомного ледокола «Ленин». Здесь были разработаны карбидные твэлы, теплоизоляционные и коммутационные узлы для экспериментальной энергетической установки с прямым преобразованием энергии «Ромашка» (ИАЭ) и многоканальные твэлы и ТВС для установки «Арбус» (НИИАР) с ребристыми оболочками из алюминиевых и циркониевых сплавов, не имевших аналогов в СССР.