Tepelné neutrony neboli pomalé neutrony jsou volné neutrony , jejichž kinetická energie se blíží nejpravděpodobnější energii tepelného pohybu molekul plynu při pokojové teplotě (20,46 °C, což odpovídá 0,0253 eV [1] ).
Rychlé neutrony , vzniklé například při jaderné štěpné reakci , po několika srážkách s jádry hmoty ztrácejí kinetickou energii a stávají se tepelnými. Takový proces se označuje jako „termalizace“, tedy neutrony se dostávají do termodynamické rovnováhy s prostředím, podobně jako molekuly plynu [2] .
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.
Účinné průřezy pro radiační záchyt neutronů silně závisí na energii neutronů. Pro pohodlí ve fyzice jaderných reaktorů je spektrum neutronové energie rozděleno do tří částí: tepelné neutrony (energie pod 0,4 eV), střední neutrony a rychlé neutrony [3] .
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 jádro rozkládá za vzniku 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.