Spectrul neutronilor este o funcție care descrie distribuția neutronilor în energie . În tehnologia reactoarelor și în fizica nucleară, există mai multe regiuni ale spectrului de energie neutronică:
Granițele dintre regiuni sunt mai degrabă condiționate și, în unele cazuri, pot fi diferite. Limita inferioară pentru o parte a spectrului de energie al neutronilor rapizi a fost aleasă tocmai pentru că neutronii cu o energie de 0,8 MeV și mai mult sunt capabili să provoace o reacție de fisiune a izotopului U-238 . Limita superioară pentru o parte a spectrului energetic al neutronilor termici se datorează capacității neutronilor din acest interval de energie de a provoca reacția de fisiune a izotopului U-235 . Neutronii din gama de energie intermediară sunt adesea numiți rezonanți datorită faptului că secțiunile transversale pentru interacțiunea neutronilor cu materia pentru unii izotopi chimici sunt de natură rezonantă - dependența lină a secțiunilor transversale de energia neutronilor este perturbată de unul sau vârfuri de rezonanță mai înguste.
Există o serie de izotopi pentru care secțiunea transversală a interacțiunii cu neutronii în intervalul de energie de la câțiva la sute de eV are rezonanțe atât de des localizate încât se contopesc și sunt inseparabile fizic. În astfel de cazuri, această parte a spectrului se numește regiunea cu rezonanțe nerezolvate.
Neutronii rapizi , formați, de exemplu, în timpul unei reacții de fisiune nucleară , după mai multe ciocniri cu nucleele materiei, își pierd energia cinetică și devin termici. Secțiunea transversală pentru absorbția unui neutron termic de către nucleul de 235 U cu fisiunea ulterioară este mult mai mare decât secțiunea transversală pentru fisiunea cu neutroni rapizi. Prin urmare, moderatorii de neutroni sunt adesea folosiți în reactoarele nucleare pentru a putea folosi combustibil cu o concentrație mai mică de material fisionabil.
La 22 octombrie 1934, un grup de fizicieni atomici italieni, condus de Enrico Fermi , a descoperit că nucleele atomilor captează neutroni de sute de ori mai eficient dacă parafină sau o masă de apă este plasată mai întâi între țintă și sursa acestor neutroni. (este foarte norocos ca exista un bazin la institutul din Roma cu pesti aurii). Fermi a venit rapid cu o explicație simplă pentru acest fenomen: neutronii rapizi, care se ciocnesc cu un număr semnificativ de nucleoni, încetinesc, iar un neutron lent, spre deosebire de unul prea rapid, se poate apropia „liniștit” de nucleu și poate fi capturat de nucleu. folosind interacțiunea puternică . Ca urmare, a fost efectuată următoarea reacție pentru obținerea de izotopi artificiali : un nucleu cu o sarcină Z și un număr de masă N, care a capturat un neutron, s-a transformat într-un izotop cu un număr de masă N + 1. Datorită instabilității acestui izotop, neutronul se descompune odată cu formarea unui proton , a unui electron și a unui antineutrin . Rezultatul este un element cu o sarcină nucleară de Z+1 și un număr de masă de N+1.
Părea foarte neobișnuit - nucleul este folosit pentru a fi considerat ceva incredibil de puternic și, conform bunului simț, pentru a-l schimba, este necesar să-l influențezi cu ceva foarte energic, foarte rapid - de exemplu, o particulă alfa rapidă sau un proton rapid. Și acceleratoarele au fost inventate în același scop - pentru a obține cele mai rapide particule posibile pentru cel mai puternic efect asupra atomilor. Și pentru neutron, totul s-a dovedit a fi exact invers - cu cât se mișca mai lent, cu atât au apărut mai ușor reacțiile de transformare a elementelor. Această descoperire a deschis calea pentru crearea unui reactor nuclear.