El espectro de neutrones es una función que describe la distribución de neutrones en energía . En tecnología de reactores y física nuclear, hay varias regiones del espectro de energía de neutrones:
Los límites entre las regiones son más bien condicionales y en algunos casos pueden ser diferentes. El límite inferior para una parte del espectro de energía de los neutrones rápidos se eligió precisamente porque los neutrones con una energía de 0,8 MeV y superior son capaces de provocar una reacción de fisión del isótopo U-238 . El límite superior para una parte del espectro de energía de los neutrones térmicos se debe a la capacidad de los neutrones en este rango de energía para provocar la reacción de fisión del isótopo U-235 . Los neutrones del rango de energía intermedia a menudo se denominan resonantes debido al hecho de que las secciones transversales para la interacción de los neutrones con la materia para algunos isótopos químicos son de naturaleza resonante: la suave dependencia de las secciones transversales de la energía del neutrón se ve perturbada por uno o picos de resonancia más estrechos.
Hay una serie de isótopos para los cuales la sección transversal de interacción con neutrones en el rango de energía de unos pocos a cientos de eV tiene resonancias tan a menudo ubicadas que se fusionan y son físicamente inseparables. En tales casos, esta parte del espectro se denomina región con resonancias no resueltas.
Los neutrones rápidos , formados, por ejemplo, durante una reacción de fisión nuclear , después de varias colisiones con los núcleos de la materia, pierden su energía cinética y se vuelven térmicas. La sección eficaz para la absorción de un neutrón térmico por el núcleo de 235 U con la subsiguiente fisión es mucho mayor que la sección eficaz para la fisión por neutrones rápidos. Por lo tanto, los moderadores de neutrones se utilizan a menudo en los reactores nucleares para poder utilizar combustible con una menor concentración de material fisionable.
El 22 de octubre de 1934, un grupo de físicos atómicos italianos, encabezados por Enrico Fermi , descubrió que los núcleos de los átomos capturan neutrones cientos de veces más eficientemente si primero se coloca parafina o una masa de agua entre el objetivo y la fuente de estos neutrones. (es una gran suerte que en el instituto de Roma hubiera una piscina con peces de colores). Fermi rápidamente ideó una explicación simple para este fenómeno: los neutrones rápidos, que chocan con un número significativo de nucleones, disminuyen la velocidad y un neutrón lento, a diferencia de uno demasiado rápido, puede acercarse "silenciosamente" al núcleo y ser capturado por el núcleo. utilizando la interacción fuerte . Como resultado, se llevó a cabo la siguiente reacción para la obtención de isótopos artificiales : un núcleo con carga Z y número de masa N, habiendo capturado un neutrón, se convirtió en un isótopo con número de masa N + 1. Debido a la inestabilidad de este isótopo, el neutrón decae con la formación de un protón , un electrón y un antineutrino . El resultado es un elemento con una carga nuclear de Z+1 y un número de masa de N+1.
Parecía muy inusual: el núcleo solía considerarse algo increíblemente fuerte y, según el sentido común, para cambiarlo, es necesario influir en él con algo muy enérgico, muy rápido, por ejemplo, una partícula alfa rápida. o un protón rápido. Y los aceleradores se inventaron con el mismo propósito: obtener las partículas más rápidas posibles para el efecto más poderoso en los átomos. Y para el neutrón, todo resultó ser exactamente lo contrario: cuanto más lento se movía, más fácilmente surgían las reacciones de transformación de los elementos. Fue este descubrimiento el que allanó el camino para la creación de un reactor nuclear.