Termiska neutroner eller långsamma neutroner är fria neutroner vars kinetiska energi ligger nära den mest sannolika energin för termisk rörelse hos gasmolekyler vid rumstemperatur ( 20,46 ° C, vilket motsvarar 0,0253 eV [1] ).
Snabba neutroner , som till exempel bildas under en kärnklyvningsreaktion , efter flera kollisioner med materiens kärnor , förlorar sin kinetiska energi och blir termiska. En sådan process kallas "termalisering", det vill säga neutroner kommer i termodynamisk jämvikt med mediet, på samma sätt som gasmolekyler [2] .
Tvärsnittet för absorptionen av en termisk neutron av 235 U -kärnan med efterföljande fission är mycket högre än tvärsnittet för fission av snabba neutroner. Därför används ofta neutronmoderatorer i kärnreaktorer för att kunna använda bränsle med lägre koncentration av klyvbart material.
De effektiva tvärsnitten för strålningsfångning av neutroner beror starkt på neutronenergin. För att underlätta kärnreaktorernas fysik är neutronenergispektrumet uppdelat i tre delar: termiska neutroner (energier under 0,4 eV), mellanliggande neutroner och snabba neutroner [3] .
Den 22 oktober 1934 upptäckte en grupp italienska atomfysiker, ledda av Enrico Fermi , att atomkärnorna fångar neutroner hundratals gånger mer effektivt om paraffin eller en vattenmassa först placeras mellan målet och källan till dessa neutroner. (det är mycket tur att det fanns en pool på institutet i Rom med guldfiskar). Fermi kom snabbt på en enkel förklaring till detta fenomen: snabba neutroner, som kolliderar med ett betydande antal nukleoner, saktar ner, och en långsam neutron, till skillnad från en för snabb, kan "tyst" närma sig kärnan och fångas av kärnan använder den starka interaktionen . Som ett resultat utfördes följande reaktion för att erhålla artificiella isotoper : en kärna med en laddning Z och ett massnummer N, efter att ha fångat en neutron, förvandlades till en isotop med ett massnummer N + 1. På grund av instabiliteten hos denna isotop sönderfaller kärnan med bildandet av en elektron och en antineutrino . Resultatet är ett grundämne med en kärnladdning på Z+1 och ett masstal på N+1.
Det såg väldigt ovanligt ut - kärnan anses vara något otroligt starkt, och enligt sunt förnuft, för att ändra det, är det nödvändigt att påverka det med något mycket energiskt, mycket snabbt - till exempel en snabb alfapartikel eller en snabb proton. Och acceleratorer uppfanns i samma syfte - för att få snabbast möjliga partiklar för den mest kraftfulla effekten på atomer. Och för neutronen visade sig allt vara precis tvärtom - ju långsammare den rörde sig, desto lättare uppstod reaktionerna av omvandling av element. Det var denna upptäckt som banade väg för skapandet av en kärnreaktor.