Regelstaaf

Een regelstaaf of regelelement is een staaf, gemaakt van een materiaal dat neutronen absorbeert, die dient om de nucleaire kettingreactie in een kernreactor te regelen.

Schematische weergave van regelstaven in een kernreactor. Wanneer de staven neergelaten zijn, is de reactie subkritisch: er worden te veel neutronen geabsorbeerd om een nucleaire kettingreactie te laten lopen. Wanneer de staven worden uitgetrokken, kan de reactor kritisch worden, en de brandstofstaven gaan warmte (en neutronen) produceren.

Geschikte materialen voor regelstaven bevatten elementen die een grote werkzame doorsnede hebben voor de absorptie van neutronen (neutronenvangst) zonder daarbij zelf uiteen te vallen. Veel toegepaste materialen (vaak in legeringen of verbindingen, om geschikte mechanische eigenschappen te verkrijgen) zijn cadmium en boor.

De regelstaven vormen een van de mechanismen om de toestand van een kernreactor te reguleren, en zijn doorgaans ook de belangrijkste schakel bij een snelle uitschakeling van de reactor (een zogeheten noodstop of scram). Bij de meeste reactortypen hangen de staven in de reactor, en kunnen ze als een fouttolerant (failsafe) veiligheidssysteem werken: ze worden bijvoorbeeld met een elektromagneet op hun plaats gehouden, en bij onvoorzien wegvallen van de stuurstroom vallen ze automatisch in de reactor, waardoor deze subkritisch wordt en de nucleaire kettingreactie stopt. Bij bepaalde typen reactoren, zoals de kokendwaterreactor, steken de staven van onderen in de reactor, en moeten ze actief in de reactorkern geduwd worden.

In werkelijkheid is het regelproces gecompliceerder: het verloop van de reactie hangt ook af van de temperatuur in de reactor, en van de aanwezigheid van bepaalde afvalstoffen van het splijtingsproces (die soms veel neutronen absorberen). Daarnaast is de geproduceerde warmte ook een belangrijke variabele. Wanneer bijvoorbeeld bij een noodstop de regelstaven en masse in de reactor geduwd worden, stopt weliswaar de nucleaire kettingreactie vrijwel onmiddellijk (de reactor wordt subkritisch), maar de reactor blijft nog geruime tijd warmte produceren, die wel moet worden blijven afgevoerd. Gebeurt dat niet, dan kan een meltdown optreden.