תגובת שרשרת גרעינית
גורם הכפלת הנייטרון האפקטיבי

גורם הכפלת הנייטרון האפקטיבי, או k, הוא מספר הנייטרונים הממוצע שמשתחרר וגורם לתגובת ביקוע נוספת. הנייטרונים הנותרים נכשלים ביצירת ביקוע, או שאינם נספגים בכלל ועוזבים את המערכת. הערך של k עבור שילוב של שתי מסות הוא תמיד גדול יותר מאשר המרכיבים. במקרים מסוימים הערך שלו שווה לסכום של ערכי k של המרכיבים. גודלו של ההפרש תלוי במהירות ובמרחק, כמו גם באוריינטציה הפיזיקאלית. מעבר של כדור קטן דרך חור קטן מפיק ערך גדול במיוחד של k: כמו לירות קליע "קווי" לתוך מטרה המעוצבת בצורת סדק.
ניתן לעשות הבחנה בין המקרים הבאים:
K < 1 (מסה תת-קריטית): תחילת התגובה היא עם ביקוע אחד ומתקבל ממוצע כולל של 1/(1-k) ביקועים. כל התחלה של תגובת שרשרת דועכת במהירות. מגבר אנרגיה הוא דוגמה לתכנון של תחנת כוח גרעינית המבוססת על כור גרעיני תת-קריטי (עם 1>K). תגובות הביקוע בכור מאולצות על ידי אלומת חלקיקים ממאיץ סינכרוטרון סמוך, כך שאין חשש לתגובת שרשרת גרעינית בהיעדר אלומת החלקיקים.
K = 1 (מסה קריטית): תחילת התגובה היא עם נייטרון חופשי אחד והערך הצפוי של מספר הנייטרונים החופשיים שינבע מכך הוא 1 בכל נקודת זמן נתונה; במהלך הזמן ישנה ירידה נוספת בהסתברות שתחילת תגובת השרשרת דעכה, אולם יש פיצוי על ירידה זו על ידי האפשרות שמספר מסוים של נייטרונים עדיין נוכח במערכת.
K > 1 (מסה על-קריטית): תחילת התגובה היא עם נייטרון אחד כאשר יש הסתברות לא-טריוויאלית שהוא לא גורם ביקוע או שתחילת תגובת השרשרת דועכת. אולם, ברגע שמספר הנייטרונים החופשיים הוא יותר מבודדים, סביר להניח שהוא יגדל באופן אקספוננציאלי.
הן מספר הנייטרונים הנוכחים בקבוצת האטומים (שהוא גם השיעור המיידי של תגובת הביקוע), ומספר הביקועים שהתרחשו מאז תחילת התגובה, הוא פרופורציונלי ל-  e^{(k-1)t/g}, כאשר g הוא זמן ההיווצרות הממוצע ו-t הוא הזמן שעבר. דבר זה לא יכול להמשיך: K יורד כאשר כמות חומר הביקוע שנשארה יורדת; כמו כן, גם המבנה הגאומטרי והצפיפות עשויים להשתנות: המבנה הגאומטרי משתנה בקיצונית כאשר חומר הביקוע הנותר נקרע לגזרים, אולם בנסיבות אחרות הוא פשוט יימס ויתנדף, וכדומה.
כאשר K שואף ל-1, החישוב הזה נותן הערכת יתר במידה מסוימת ל"שיעור ההכפלה". כאשר גרעין אורניום סופג נייטרון הוא נכנס למצב מעורר למשך זמן קצר מאוד שיכול לדעוך במספר דרכים אפשריות. הצורה הנפוצה היא ביקוע לשני שברים, תוצרי ביקוע, שהם בדרך כלל איזוטופים של יוד וצזיום, עם פליטה של מספר נייטרונים. תוצרי הביקוע עצמם אינם יציבים, עם טווח רחב של זמן חיים, ובדרך כלל מדובר במספר שניות, ומתפרקים גם כן, ובכך משחררים נייטרונים נוספים.
בדרך כלל, מחלקים את אוכלוסיית הנייטרונים שבקעו לשני סוגים – "נייטרונים מיידיים" ו"נייטרונים מתעכבים".
באופן טיפוסי, "החלק של הנייטרונים המתעכבים" הוא פחות מ-1% מהכמות הכוללת. בכור גרעיני ערך K המשתנה הוא באזור 1 על מנת לקבל תהליך יציב. כאשר מושג מצב שבו K = 1 כאשר כל הנייטרונים המופקים נלקחים בחשבון, הריאקציה נחשבת "קריטית" וזה המצב שמושג בכור גרעיני. שינויי הכוח הם איטיים, וניתנים לשליטה עם מוטות ייצוב. כאשר מושג מצב של K = 1 וכאשר לוקחים בחשבון רק את הנייטרונים ה"מיידיים", התגובה נחשבת כ"קריטית מהירה" – שיעורי הכפלה קצרים בהרבה יכולים להתרחש, כאשר הדבר תלוי בקריטיות העודפת (K – 1). השינוי בתגובתיות שצריך להיות כדי לעבור מקריטיות ל"קריטיות מהירה" (כלומר, החלק של הנייטרונים המתעכבים) מוגדר כדולר.
הערך של K מוגדל על ידי מחזיר נייטרונים המקיף את החומר הבקיע, וגם על ידי הגדלת הצפיפות שלו: ההסתברות של נייטרון לכל ס"מ של מעבר לפגוע בגרעין היא פרופורציונלית לצפיפות, בעוד המרחק שהוא עובר לפני עזיבת המערכת מוקטן רק על ידי השורש הריבועי של הצפיפות. בשיטת הקריסה כלפי פנים עבור כלי נשק גרעיניים, הפיצוץ מתרחש על ידי הגדלת הצפיפות באמצעות פיצוץ קונבנציונלי.