Reaktor nuklir
Operasi > Kontrol reaktivitas

Laju reaksi fisi di dalam teras reaktor dapat diatur dengan mengontrol jumlah neutron yang mampu menginduksi peristiwa fisi lebih lanjut. Reaktor nuklir biasanya menggunakan beberapa metode kontrol neutron untuk menyesuaikan keluaran daya reaktor. Beberapa dari metode ini muncul secara alami dari fisika peluruhan radioaktif dan hanya diperhitungkan selama operasi reaktor, sementara yang lain adalah mekanisme yang direkayasa ke dalam desain reaktor untuk tujuan yang berbeda.
Metode tercepat untuk mengatur tingkat neutron yang menginduksi fisi dalam reaktor adalah melalui pergerakan batang kendali. Batang kendali terbuat dari racun neutron dan karenanya menyerap neutron. Ketika batang kendali dimasukkan lebih dalam ke dalam reaktor, ia menyerap lebih banyak neutron daripada material yang digantikannya—sering kali moderator. Tindakan ini menghasilkan lebih sedikit neutron yang tersedia untuk menyebabkan fisi dan mengurangi keluaran daya reaktor. Sebaliknya, mengekstraksi batang kendali akan menghasilkan peningkatan laju peristiwa fisi dan peningkatan daya.
Batang kendali digunakan dalam reaktor nuklir untuk mengontrol laju fisi uranium atau plutonium. Komposisi mereka termasuk unsur-unsur kimia, seperti boron, kadmium, perak, hafnium, atau indium, yang mampu menyerap banyak neutron tanpa fisi sendiri. Unsur-unsur ini memiliki penampang penangkap neutron yang berbeda untuk neutron dari berbagai energi. Reaktor air mendidih (BWR), reaktor air bertekanan (PWR), danreaktor air berat (HWR) beroperasi dengan neutron termal, sedangkan reaktor breeder beroperasi dengan neutron cepat. Setiap desain reaktor dapat menggunakan bahan batang kendali yang berbeda berdasarkan spektrum energi neutronnya. Paduan atau senyawa juga dapat digunakan, seperti baja boron tinggi, paduan perak-indium-kadmium, boron karbida, zirkonium diborida, titanium diborida, hafnium diborida, gadolinium nitrat, gadolinium titanat, disprosium titanat, dan komposit boron karbida-europium hexaboride.
Pilihan material dipengaruhi oleh energi neutron dalam reaktor, ketahanannya terhadap pembengkakan yang diinduksi neutron, dan sifat mekanik dan umur yang diperlukan. Batang mungkin memiliki bentuk tabung yang diisi dengan pelet atau bubuk penyerap neutron. Tabung dapat dibuat dari baja tahan karat atau bahan "jendela neutron" lainnya seperti zirkonium, kromium, silikon karbida , atau kubus.
Di beberapa reaktor, pendingin juga bertindak sebagai moderator neutron. Moderator meningkatkan daya reaktor dengan menyebabkan neutron cepat yang dilepaskan dari fisi kehilangan energi dan menjadi neutron termal. Neutron termal lebih mungkin daripada neutron cepat untuk menyebabkan fisi. Jika pendingin adalah moderator, maka perubahan suhu dapat mempengaruhi densitas pendingin/moderator dan karena itu mengubah output daya. Pendingin suhu yang lebih tinggi akan kurang padat, dan karena itu moderator kurang efektif.
Di reaktor lain, pendingin bertindak sebagai racun dengan menyerap neutron dengan cara yang sama seperti yang dilakukan batang kendali. Dalam reaktor ini output daya dapat ditingkatkan dengan memanaskan pendingin, yang membuatnya menjadi racun yang kurang padat. Reaktor nuklir umumnya memiliki sistem otomatis dan manual untuk mengais reaktor dalam keadaan darurat shutdown. Sistem ini memasukkan sejumlah besar racun (sering kali boron dalam bentuk asam borat) ke dalam reaktor untuk menghentikan reaksi fisi jika kondisi yang tidak aman terdeteksi atau diantisipasi.
Sebagian besar jenis reaktor sensitif terhadap proses yang dikenal sebagai keracunan xenon, atau lubang yodium. Produk fisi umum Xenon-135 yang dihasilkan dalam proses fisi bertindak sebagai racun neutron yang menyerap neutron dan oleh karena itu cenderung mematikan reaktor.
Reaktor yang digunakan dalam propulsi nuklir kelautan (terutama kapal selam nuklir) sering kali tidak dapat dijalankan dengan daya terus menerus sepanjang waktu dengan cara yang sama seperti reaktor daya berbasis darat biasanya dijalankan, dan sebagai tambahan sering kali harus memiliki masa pakai inti yang sangat lama tanpa pengisian bahan bakar.