Steuerstäbe sind Werkzeuge, die verwendet werden, um die Kettenreaktion zu kontrollieren, die in einem Kernreaktor abläuft. Ohne Kontrolle kann die Kettenreaktion schnell außer Kontrolle geraten und den Reaktor explodieren lassen. Steuerstäbe moderieren die Reaktionsgeschwindigkeit und sorgen so für einen sicheren und nachhaltigen Ablauf. Diese Stäbe sind auch später Teil der Sicherheitssysteme, die zur Verhinderung von Reaktorkatastrophen eingesetzt werden.
Wie der Name schon sagt, ist ein Steuerstab ein Stab aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Es ist normalerweise in ein Gehäuse mit anderen Stäben eingebaut, die zusammen aus dem Reaktor gehoben und abgesenkt werden sollen. Die Zusammensetzung des Metalls oder der Metalle in einem Steuerstab variiert je nach Reaktortyp, in dem er verwendet wird. In allen Fällen teilen die Metalle die Eigenschaft, Neutronen ohne Spaltung absorbieren zu können.
Die Kernspaltung ist natürlich die Reaktion, die Kernreaktoren antreibt. Bei der Spaltung absorbiert ein Kern ein Neutron und spaltet sich dann unter Freisetzung von Wärme, Energie und anderen Neutronen. Bei einer kontrollierten Kernreaktion wollen die Reaktormitarbeiter die Neutronenproduktion gleich dem Neutronenverbrauch halten, wobei jede Spaltungsreaktion ein einzelnes Neutron erzeugt, das das verlorene ersetzt. Tatsächlich werden Neutronen zwei- bis dreimal so schnell produziert, wie sie verbraucht werden, was schnell zu einer außer Kontrolle geratenen Reaktion führen kann.
Hier kommen Steuerstäbe ins Spiel. Die Steuerstäbe werden in den Reaktor abgesenkt, um einen Teil der Neutronen zu absorbieren, die bei Spaltreaktionen entstehen, um das Verhältnis unter Kontrolle zu halten. Wenn die Temperatur ansteigt, werden die Stäbe abgesenkt, und wenn die Temperatur sinkt, werden die Stäbe angehoben, um mehr Spaltreaktionen zu ermöglichen. In einem Notfall, in dem der Reaktor außer Kontrolle zu geraten scheint, werden die Stäbe vollständig in den Reaktor abgesenkt, um ihn vollständig abzuschalten.
Auch als Absorptionsstäbe bekannt, sind Steuerstäbe für Kernreaktoren so konzipiert, dass sie auch in einer Krisensituation funktionieren, in der ein Mensch nicht verfügbar ist. Bei vielen Reaktoren werden die Stäbe in einem System über dem Reaktor gehalten, das so ausgelegt ist, dass die Stäbe fallengelassen werden, wenn die Temperatur des Reaktors zu hoch wird. In anderen Fällen können ausfallsichere Systeme sowohl innerhalb des Reaktorraums als auch extern über Remote-Systeme aktiviert werden. Die Mitarbeiter behalten auch ständig im Auge, was im Reaktor vor sich geht, und überwachen die Brennelemente und die Kontrollstäbe, die bei Bedarf ausgetauscht werden.