Spektrum neutronů je funkce , která popisuje rozložení neutronů v energii . V reaktorové technologii a jaderné fyzice existuje několik oblastí spektra neutronové energie:
Hranice mezi regiony jsou spíše podmíněné a v některých případech se mohou lišit. Spodní hranice pro část energetického spektra rychlých neutronů byla zvolena právě proto, že neutrony s energií 0,8 MeV a vyšší jsou schopny vyvolat štěpnou reakci izotopu U-238 . Horní hranice pro část energetického spektra tepelných neutronů je dána schopností neutronů v tomto energetickém rozsahu vyvolat štěpnou reakci izotopu U-235 . Neutrony ze středního energetického rozsahu se často nazývají rezonanční z toho důvodu, že průřezy pro interakci neutronů s hmotou pro některé chemické izotopy jsou rezonanční povahy - plynulá závislost průřezů na energii neutronu je narušena jedním resp. více úzkých rezonančních vrcholů.
Existuje řada izotopů, pro které má průřez interakce s neutrony v energetickém rozsahu od několika do stovek eV rezonance tak často lokalizované, že se spojují a jsou fyzicky neoddělitelné. V takových případech se tato část spektra nazývá oblast s nevyřešenými rezonancemi.
Rychlé neutrony , vzniklé například při jaderné štěpné reakci , po několika srážkách s jádry hmoty ztrácejí kinetickou energii a stávají se tepelnými. Průřez pro absorpci tepelného neutronu jádrem 235 U s následným štěpením je mnohem větší než průřez pro štěpení rychlými neutrony. Proto se v jaderných reaktorech často používají moderátory neutronů , aby bylo možné využívat palivo s nižší koncentrací štěpného materiálu.
října 1934 skupina italských atomových fyziků pod vedením Enrica Fermiho objevila, že jádra atomů zachycují neutrony stokrát účinněji, pokud se mezi cíl a zdroj těchto neutronů nejprve umístí parafín nebo množství vody. (velké štěstí, že v institutu v Římě byl bazén se zlatými rybkami). Fermi rychle přišel s jednoduchým vysvětlením tohoto jevu: rychlé neutrony, které se srazí se značným počtem nukleonů, se zpomalí a pomalý neutron se na rozdíl od příliš rychlého může „tiše“ přiblížit k jádru a být jádrem zachycen. pomocí silné interakce . V důsledku toho byla provedena následující reakce pro získání umělých izotopů : jádro s nábojem Z a hmotnostním číslem N, které zachytilo neutron, se změnilo na izotop s hmotnostním číslem N + 1. Kvůli nestabilitě tohoto izotopu se neutron rozkládá za vzniku protonu , elektronu a antineutrina . Výsledkem je prvek s jaderným nábojem Z+1 a hmotnostním číslem N+1.
Vypadalo to velmi nezvykle - jádro je považováno za něco neuvěřitelně silného a podle zdravého rozumu, aby se změnilo, je nutné ho ovlivnit něčím velmi energetickým, velmi rychlým - například rychlou alfa částicí nebo rychlý proton. A urychlovače byly vynalezeny za stejným účelem – získat co nejrychlejší částice pro co nejsilnější účinek na atomy. A pro neutron se vše ukázalo přesně naopak – čím pomaleji se pohyboval, tím snadněji vznikaly reakce přeměny prvků. Právě tento objev otevřel cestu k vytvoření jaderného reaktoru.