Thermalisation des neutrons
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La thermalisation des neutrons est le ralentissement des neutrons par une suite de chocs avec les atomes d'un modérateur. Un neutron thermalisé est dit neutron thermique ou neutron lent, il a une énergie cinétique inférieure à 0.625 eV. On le distingue ainsi des neutrons dits neutrons rapides dont l'énergie est supérieure à 0.907 MeV. Le spectre des énergies intermédiaires est dit épithermique.
Un réacteur à neutrons thermiques ou réacteur à neutrons lents utilise un modérateur pour ralentir les neutrons issus des réactions de fission. En l'absence de modérateur, le réacteur est dit réacteur à neutrons rapides.
La principale raison pour laquelle on utilise ce procédé de ralentissement des neutrons est pour permettre aux neutrons d'interagir avec les atomes fissiles (uranium 235 ou plutonium 239) présents dans le combustible d'un réacteur nucléaire. En effet, lorsqu'un atome fissile se brise après absorption d'un neutron thermique, il émet deux ou trois neutrons possédant une vitesse comparable à 20 000 km/s (énergie de l'ordre de 2 MeV). À cette vitesse, il est peu probable qu'un autre atome fissile absorbe ce neutron, et ce pour deux raisons : s'il y a collision, la probabilité de déclencher une fission est plus faible pour un neutron rapide, et d'autre part, le neutron rapide va pour l'essentiel, en ligne droite et sort rapidement du cœur du réacteur, tandis que le neutron thermique effectue un mouvement brownien aléatoire lui donnant une trajectoire bien plus longue. C'est pourquoi dans une centrale nucléaire, il est préférable d'effectuer la thermalisation des neutrons à l'aide d'un modérateur pour permettre un meilleur rendement du réacteur.
