Reakcje jądrowe polegają na przemianie wewnętrznej atomów, często prowadzącej do zmiany jednych pierwiastków w inne. Jądra atomowe mogą też różnić się w obrębie tego samego pierwiastka, tzn. przy takiej samej liczbie atomowej Z inna jest ich liczba masowa A. Oznacza to, że takie atomy mają tyle samo protonów w jądrze, lecz różnią się liczbą neutronów N. Takie atomy tego samego pierwiastka o różnych masach nazywa się izotopami. Ogólne oznaczenie izotopów pierwiastka X polega na podaniu wszystkich jego liczb w postaci:
ale zapis ten można skrócić przez pominięcie liczb: atomowej (która jest zawsze taka sama dla pierwiastka X) i neutronowej (która wynika z równania A = Z + N). Wtedy zapis wygląda tak:
Niektóre izotopy są niestabilne i po jakimś czasie ulegają rozpadowi radioaktywnemu. Czas, po którym połowa początkowej liczby atomów danego izotopu ulegnie takiej przemianie nazywa się okresem połowicznego rozpadu.
Reakcje jądrowe zachodzą z różnymi prawdopodobieństwami, do których opisu używa się pojęcia przekroju czynnego. Jeśli jakaś reakcja zachodzi częściej niż inna, to ma większy przekrój czynny, który zresztą często można obliczyć. Jednostką przekroju czynnego jest barn [b], który odpowiada powierzchni 10-28m2.
Energie cząstek biorących udział w reakcjach jądrowych najwygodniej wyrażać w elektronowoltach [eV] lub jednostkach od niej pochodnych (meV, keV, MeV). 1 eV odpowiada energii, jaką zyskuje cząstka o ładunku równym ładunkowi elektronu 1 e przyśpieszona przez różnicę potencjałów równą 1 V. 1 eV wynosi zatem około 1,602.10-19 J. Czasami energię przelicza się na temperaturę zgodnie ze wzorem E=kBT, gdzie kB to stała Boltzmana wynosząca 1,38.10-23 J/K, a temperatura wyrażona jest w kelwinach [K]. I tak np. temperaturze pokojowej (T bliskie 293 K) odpowiada energia równa około 25 meV. Często także masę cząstek podaje się w elektronowoltach. Jest to wtedy właściwie energia obliczona ze wzoru E=mc2, gdzie c to oczywiście prędkość światła w próżni, a m to właściwa masa danej cząstki. Zgodnie z tym np. masie elektronu odpowiada energia ok. 511 keV, masie protonu - ok. 938,3 MeV, a masie neutronu - ok. 939,6 MeV. ([13], [11])
Wyróżnia się kilka podstawowych przemian jądrowych w zależności od emitowanego promieniowania i ich wpływu na materię ([13]):
a) rozpad alfa - w wyniku tego rozpadu emitowane są cząstki alfa, czyli podwójnie zjonizowane (pozbawione elektronów) atomy helu. Każda cząstka alfa składa się z dwóch protonów i dwóch neutronów, zatem rozpadające się jądro traci dwa protony i dwa neutrony, a całą reakcję można zapisać w następujący sposób:
gdzie X i Y są symbolami pierwiastków, A to liczba masowa, zaś Z to liczba atomowa. Jak widać, emitując cząstkę alfa atom zmienia się w atom innego pierwiastka, na dodatek lżejszy.
b) rozpad beta - tutaj emitowane są dwa rodzaje cząstek: ujemne i dodatnie, będące w istocie elektronami i pozytonami (antyelektronami). Reakcja może zatem przebiegać według jednego z dwóch schematów:
Oprócz cząstek beta ujemnych i dodatnich emitowane są także odpowiednio antyneutrino lub neutrino elektronowe, które jednak nie są elementem destrukcyjnym broni jądrowej. Dla zobrazowania ich słabego wpływu na materię można powiedzieć, że neutrina mogą przelecieć przez całą Ziemię na wylot nie oddziaływawszy ani razu z żadnym napotkanym atomem.
c) emisja gamma - w odróżnieniu od dwóch poprzednich rozpadów tu emitowane cząstki nie są budulcami materii, a falami elektromagnetycznymi, tak jak fale radiowe czy światło. Wyróżnia je tylko duża częstotliwość (czyli bardzo mała długość fali), a co za tym idzie - duża energia. Jądro pozbywa się energii, ale nie zmieniają się jego liczby A, N i Z. Jest to możliwe oczywiście tylko wtedy, gdy jądro to miało wcześniej tę energię, tzn. było w stanie wzbudzonym, oznaczanym przez dodanie gwiazdki ("*").
d) reakcja rozszczepienia - jest to skomplikowany rozpad ciężkiego jądra (np. uranu, który ma średnie A bliskie 238) na dwa jądra lżejszych pierwiastków, zazwyczaj wzbudzone i promieniotwórcze. W reakcji tej emitowane są również neutrony i promieniowanie gamma. Reakcja rozszczepienia zachodzi dla danego pierwiastka w przybliżonej zależności od parametru Z2/A. Dla wartości mniejszych od 17 rozszczepienie w ogóle nie występuje, dla większych od 49 następuje zwykle samorzutnie. ([11], s. 600) Dla wartości pośrednich do jego inicjacji potrzebny jest zazwyczaj wychwyt neutronu o odpowiedniej energii przez rozszczepiane jądro. Ponieważ powstające jądra mogą należeć do bardzo dużej grupy pierwiastków, brak jest jednego uniwersalnego wzoru opisującego wszystkie niuanse tej reakcji. Niektóre szczegóły można znaleźć w części poświęconej wykorzystaniu rozszczepienia w broni jądrowej.
e) reakcja syntezy - to proces odwrotny do rozszczepienia, tutaj z dwóch lekkich jąder po ich zderzeniu powstają jądra cięższe, możliwa też jest emisja neutronów (i cząstek alfa, przy czym tutaj wygodniej traktować je jako produkty reakcji - jądra helu). W broni nuklearnej wykorzystuje się najczęściej reakcje syntezy termojądrowej, do których paliwem są izotopy najlżejszych pierwiastków: wodoru (H) i helu (He). Z przyczyn praktycznych często wykorzystuje się też lit (Li). Niektóre szczegóły reakcji syntezy można znaleźć w części poświęconej broni termojądrowej.
Istnieje jeszcze kilka innych reakcji jądrowych, jak np. wychwyt elektronu K (zaliczany czasem do rozpadów beta), jednak ich znajomość nie jest potrzebna przy omawianiu eksplozji nuklearnych i ich skutków. Gruntowniej natomiast warto przestudiować procesy zachodzące w trakcie wybuchów, co zrobiono poniżej oraz w dziale "Praktyka". Tam też pokazano, jak można wykorzystać wiedzę zdobytą przez naukowców do spotęgowania niszczycielkich zdolności broni nuklearnej.
Aby reakcja jądrowa była użyteczna, powinna być egzoenergetyczna, tzn. generować energię, którą można później spożytkować albo w celach pokojowych, jak to ma miejsce w elektrowniach atomowych, albo w celach militarnych konstruując głowice jądrowe. Należy przy tym zaznaczyć, że mniej więcej na tym kończą się podobieństwa pomiędzy bombami a reaktorami, gdyż reakcje łańcuchowe, które w obu zachodzą, przebiegają w zupełnie innych warunkach i w zupełnie inny sposób. W bombach dąży się do maksymalnego wyzwolenia energii w jednym krótkim (mikrosekundowym) impulsie niszczącym wszystko wokół i wymagającym wywołania go sztucznie przez stworzenie sprzyjających warunków w wyniku wybuchu klasycznych materiałów wybuchowych. W reaktorach reakcja łańcuchowa jest jedynie na tyle wydajna, by sama podtrzymywać się, natomiast wydzielone z niej ciepło jest ciągle odprowadzane i wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej.
Energia w reakcji powstaje w związku z tzw. defektem masy, tzn. wtedy, gdy sumaryczna masa produktów reakcji jest mniejsza niż sumaryczna masa jej substratów. Wartość tej energii określa wzór E=mc2, gdzie m jest właśnie tą różnicą mas, a c to oczywiście prędkość światła w próżni. Energia ta nie wisi ot tak sobie w próżni. Jest ona unoszona przez powstałe cząstki i jądra atomowe. Jądra atomowe mogą być wzbudzone i po jakimś czasie oddawać energię wzbudzenia wysyłając kolejne cząstki. Fotony gamma unoszą energię jako falę elektromagnetyczną, która może jonizować otoczenie. Energia kinetyczna cząstek obdarzonych masą i jąder atomowych może spowodować ogrzewanie lub jonizowanie otoczenia. Te cząstki zderzając się z atomami przekazują im część energii kinetycznej, atomy przekazują ją następnym i tak następuje przepływ ciepła. W reaktorach następuje to powoli na dużej przestrzeni, natomiast w bombach szybko w obrębie małego, ograniczonego obszaru, by później gwałtownie rozprzestrzenić się w gigantycznej eksplozji. ([13], [11])
Podstawowymi reakcjami wykorzystywanymi w eksplozjach jądrowych są reakcje rozszczepienia uranu lub plutonu, a konkretniej ich izotopów 233U, 235U, 238U oraz 239Pu. Uran jest pierwiastkiem występującym w naturze jako mieszanina izotopów 238U (ok. 99,3%) i 235U (ok. 0,7%) ze śladowymi ilościami 234U. Uran-233 oraz pluton-239 trzeba produkować w reaktorach. ([3] s. 8-10) Do zajścia rozszczepienia w każdym przypadku niezbędne jest wchłonięcie neutronu przez jądro, przy czym dla 238U wymagane jest jeszcze dostarczenie energii ok. 1 MeV, najczęściej w postaci energii kinetycznej owego neutronu. ([11] s. 600) W skutek rozszczepienia powstają dwa nowe jądra, które są zwykle w stanach wzbudzonych i po jakimś czasie emitują fotony gamma, choć mogą także emitować tzw. neutrony opóźnione lub cząstki beta. W ten sposób wydzielana jest duża ilość energii. Jej wartość dochodzi do 1,1 MeV przypadające na każdy nukleon biorący udział w reakcji, co odpowiada uzyskanej energii wybuchu równoważnej 17,8 kilotony TNT z 1 kg uranu-233, 17,6 kilotony TNT/kg uranu-235 i 17,3 kilotony TNT/kg plutonu-239. Ale najciekawsze jest to, że jednocześnie emitowane są tzw. neutrony natychmiastowe, w liczbie od 0 do 8 w zależności od tego, jakie izotopy powstały. Te nowe neutrony (o ile zajdą odpowiednie warunki) mogą zainicjować następne reakcji rozszczepienia i w ten sposób powstaje reakcja łańcuchowa.
Jeśli przynajmniej jeden z neutronów uwolnionych w reakcji rozszczepienia trafi w jądro rozszczepialne, być może spowoduje zajście następnej reakcji, w której znów wydzielą się neutrony mogące wywołać następne rozszczepienia itd. Proces taki nosi nazwę reakcji łańcuchowej. Podtrzymuje się ona samorzutnie aż do wyczerpania się zapasów paliwa, czyli jąder rozszczepialnych, lub aż warunki przestaną być sprzyjające temu procesowi. By mógł on zajść potrzebne jest bowiem spełnienie całego szeregu warunków pozwalających neutronom przetrwać do następnego rozszczepienia. Mogą one zostać rozproszone lub pozbawione niezbędnej energii w zderzeniach z atomami albo wychwycone przez jakieś inne, nierozszczepialne jądra i wtedy reakcja łańcuchowa jest zablokowana. Może też zdarzyć się tak, że średnio więcej niż jeden neutron z jednego rozpadu wywoła następną reakcję. Wtedy liczba rozszczepień będzie rosnąć wykładniczo i może być to proces bardzo szybki, wręcz błyskawiczny. Kluczowym pojęciem przydatnym do opisu tych zjawisk okazuje się być średnia droga swobodna neutronu w materiale i z niej wynika pojęcie masy krytycznej. ([15])
Rys. 1. Ilustracja zjawiska reakcji łańcuchowej.
Część neutronów (poniżej 1%) nie jest emitowana bezpośrednio w czasie rozszczepienia, tylko wskutek rozpadów niektórych jąder powstałych przy rozszczepieniu. Rozpady tych nietrwałych jąder następują po jakimś czasie i dlatego właśnie takie neutrony nazywa się opóźnionymi. W reaktorach jądrowych to właśnie one pozwalają na kontrolę reakcji łańcuchowej zachodzącej w rdzeniu, gdyż czas emisji neutronów natychmiastowych jest zbyt krótki, by mieć nad nimi kontrolę. ([13])
Okazuje się, że jeśli zbierze się w jednym miejscu w postaci kuli odpowiednią ilość materiału rozszczepialnego, to dla pewnej charakterystycznej dla każdego materiału masy osiągniemy stan opisany powyżej, czyli reakcji, która podtrzymuje się sama. Wytłumaczenie tego zjawiska może być następujące: tor ruchu neutronu od zderzenia do zderzenia, w których zmienia on swój kierunek, ma średnią długość zwaną średnią drogą swobodną. Im większa jest objętość, w jakiej poruszają się neutrony, tym więcej jest zderzeń i tym dłużej neutrony w nim przebywają, a im dłużej tam przebywają, tym pewniej prędzej czy później trafią na jądro rozszczepialne i wywołają reakcję. Natomiast jeśli objętość jest zbyt mała, to neutrony uciekają poza materiał. Liczba neutronów, które mogą uciec, jest proporcjonalna do powierzchni zewnętrznej tego materiału. Ponieważ w przypadku kuli objętość wynosi V=4/3πR3, a jej powierzchnia S=4πR2, gdy będziemy zwiększać promień kuli R jej objętość będzie rosła szybciej niż powierzchnia. Zatem coraz więcej neutronów będzie powodować następne reakcje, a coraz mniej uciekać poza kulę. Dla pewnej wartości promienia osiągniemy wreszcie warunek powstania reakcji łańcuchowej. Masa materiału rozszczepialnego, który będzie wtedy znajdował się w tej kuli nazywa się właśnie masą krytyczną. ([15])
Rys. 2. Ilustracja problemu masy krytycznej.
Jeśli byśmy chcieli nadal zwiększać promień kuli dokładając nowe porcje materiałów rozszczepialnych, przekroczymy próg reakcji łańcuchowej i wtedy ilość rozszczepień będzie lawinowo narastać. Jednak to nie wystarczy, by wywołać eksplozję atomową. W praktyce wskutek rozgrzania się i zwiększenia ciśnienia nasza kula, którą można nazwać rdzeniem jądrowym, ulegnie rozrzuceniu. Może to być eksplozja, ale jej siła nie będzie miała nic wspólnego z siłami eksplozji bomb nuklearnych. Rozrzucenie materiału oznacza bowiem natychmiastowe zejście poniżej poziomu masy krytycznej i reakcja łańcuchowa nie będzie dalej przebiegać.
Przybliżone wartości mas krytycznych dla różnych materiałów wynoszą (za [15]):
- dla uranu-233 - 16 kg,
- dla uranu-235 - 52 kg,
- dla plutonu-239 - 10 kg.
Właściwie pojęcie masy krytycznej, jakkolwiek pomagające zrozumieć zasadę działania broni atomowej, może być nieco mylące, gdyż zagadnienie jest trochę bardziej skomplikowane. Neutrony o różnych energiach mają różne drogi swobodne i różnie wpływają na różne jądra, a ponadto w rzeczywistości trudno jest uzyskać duże ilości "czystych" izotopów rozszczepialnych. Zawsze wśród jąder jednego izotopu znajdzie się jakaś liczba innych, powstałych choćby z samorzutnej przemiany alfa lub beta tego izotopu. W efekcie masa krytyczna takiej mieszanki ma wartość pośrednią. Wartość masy krytycznej zmieni się także, jeśli materiał rozszczepialny będzie "rozcieńczony" jakimś innym, gdyż wtedy mniejsze będzie prawdopodobieństwo wywołania reakcji przez neutron w rzadziej rozłożonych jądrach rozszczepialnych. Można powiedzieć, że zmniejszy się gęstość materiału. Analogicznie możliwe jest zachowanie odwrotne: w ściśniętym do większej gęstości materiale rozszczepialnym neutrony będą częściej wpadać na jądra. Naukowcy doszli do wniosku, że możliwe jest wywołanie reakcji łańcuchowej w ilości materiału mniejszej od masy krytycznej pod warunkiem właśnie silnej kompresji tegoż. Wtedy właściwszym pojęciem niż "masa krytyczna" zatem może okazać się "gęstość krytyczna". ([15])
Ściśnięcie do małej objętości ma także swoją drugą zaletę. Neutrony poruszają się z ograniczoną prędkością zależną od ich energii. Oznacza to, że im większą drogę muszą przebyć przed wywołaniem następnego rozszczepienia, tym dłużej to trwa. Natomiast jeśli objętość jest mała, odległości są krótsze i reakcja zachodzi szybciej, co w przypadku konstrukcji bomb atomowych jest bardzo ważnym aspektem. ([15]) Szczegóły tego problemu znajdują się w dziale "Praktyka".
O tym, że reakcje syntezy zachodzą we wnętrzu Słońca i to one dostarczają mu energię, wiedziano już na początku XX wieku. Jednak sporo czasu musiało minąć, nim lepiej poznano rządzące nimi prawa. Przeprowadzono setki prac teoretycznych modelujących te zjawiska i teorie obfitowały w domysły bazujące na niewielu możliwych do przeprowadzeniu doświadczeniach i obserwacjach, niemniej wystarczyło to, by w latach pięćdziesiątych skonstruować pierwszą bombę termojądrową, zwaną także bombą wodorową z powodu użycia jako paliwa głównie ciężkich izotopów wodoru: deuteru 2H (inne oznaczenie: D) i trytu 3H (inne oznaczenie: T). Deuter jest podobnie jak wodór izotopem trwałym, natomiast tryt ma czas połowicznego rozpadu równy 12,3 roku. ([15])
Reakcjom syntezy ulegają tylko izotopy lekkich pierwiastków i użytecznych reakcji, w których wyzwalana jest energia, jest mniej niż przy rozszczepieniu. Warunkiem ich zajścia jest b. wysoka temperatura, przekraczająca nieraz temperaturę panującą we wnętrzu Słońca (czyli dziesiątki milionów kelwinów). Takie temperatury osiągane są także podczas eksplozji nuklearnych bazujących na rozszczepieniu. Najważniejsze z reakcji syntezy wykorzystywane w broni termojądrowej to (za [15] oraz [3] s. 14):
Obie reakcje łączenia dwóch jąder deuteru przebiegają z takim samym prawdopodobieństwem, co zaznaczono w nawiasach obok reakcji. Natomiast względne wydajności wszystkich tych reakcji zależą od temperatury. Dla niższych najczęściej zachodzącą będzie reakcja pierwsza i druga, dla wyższych - ostatnia. Dlatego często do zainicjowania reakcji termojądrowych używa się mieszaniny deuteru i trytu. Tryt jest jednak drogi w produkcji (ok. 80 razy droższy niż Pu), a utrzymywanie mieszanki D i T pod ciśnieniem lub w stanie ciekłym jest niebezpieczne i kosztowne. Dlatego we współczesnej broni termojądrowej korzysta się zazwyczaj z deuterku litu, co czyni ważnymi jeszcze dwie dodatkowe reakcje nie będące reakcjami syntezy, ale w wyniku których powstaje dodatkowe paliwo do nich (za [15]):
a także reakcje jądrowe z udziałem litu, w których wydziela się znaczna energia (za [3] s. 14):
Dla porównania reakcji syntezy z reakcjami rozszczepienia można powiedzieć, że w syntezie wyzwolona energia przypadająca na jeden nukleon jest kilka razy większa, np. dla łączenia deuteru z trytem wynosi ok. 3,5 MeV. ([11] s. 600) Taka wydajność pozwala na uzyskanie bomb termojądrowych o energiach wybuchów 85,2 kilotony/kg deuteru, 80,4 kilotony/kg mieszaniny deuteru i trytu (pół na pół) oraz 64 kilotony/kg deuterku litu-6. ([18])
Jak widać w reakcjach jądrowych emitowane są różne cząstki, często też o różnych energiach. Składają się one na charakterystyczny dla broni jądrowej czynnik rażenia - promieniowanie przenikliwe. Niektóre z cząstek posiadają ładunek (alfa, beta), inne są obojętne elektrycznie (gamma, neutrony). Ich destrukcja objawia się przez przekazywanie energii co może powodować wzrost temperatury, jonizację lub nawet reakcje jądrowe. W wyniku różnych zawiłych procesów zachodzących podczas eksplozji różnią się one też pochodzeniem, gdyż nie wszystkie cząstki muszą pochodzić z reakcji jądrowych. Te zależności bliżej opisane są w dziale "Wybuchy". Ich niszczycielskie działanie jest jednak raczej niezależne od ich źródła.
Cząstki alfa składają się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Gdy cząstka alfa pochwyci dwa elektrony, staje się atomem helu. Przez to, że w porównaniu z innymi cząstkami są ciężkie, cząstki alfa mają stosunkowo małe prędkości nawet przy dużych energiach. Ponadto dobrze oddziaływują z materią jonizując ją, bo mają ładunek +2e, zatem ich zasięg nie jest duży i w powietrzu jest rzędu 10 cm. Jako skuteczna osłona przeciwko promieniowaniu alfa może zatem służyć zwykła kartka papieru czy odpowiednio gruba warstwa powietrza, a nawet zewnętrzna warstwa ludzkiej skóry. Można by zatem zlekceważyć ten rodzaj promieniowania, co byłoby dużym błędem, gdyż jesteśmy nań dużo bardziej narażeni, jeśli skażona promieniotwórczo materia znajdzie się wewnątrz organizmu (np. przez połknięcie lub wdychanie czy też przez rany).
Są to po prostu elektrony, ale również ich antycząstki - pozytony. Jako cząstki o b. małej masie są wyjątkowo ruchliwe, dlatego rozprzestrzeniają się szybko, ale też szybko oddają swoją energię jonizując napotkany materiał, przez co łatwo je powstrzymać. W praktyce wystarczy nawet blacha aluminiowa o grubości kilku milimetrów, by je wyeliminować. Promieniowanie beta podczas eksplozji jądrowej może powstawać w reakcjach jądrowych, ale też w wyniku wybijania elektronów z powłok w atomach przez promieniowanie gamma.
Promieniowanie gamma ma inną naturę niż pozostałe rodzaje. Kwanty gamma są falami elektromagnetycznymi i poruszają się z prędkością światła, więc ich działanie można w wielu przypadkach uznać za natychmiastowe. Wyjątkiem od tego są sytuacje, gdy ośrodek, w którym przemieszcza się to promieniowanie, jest dla niego nieprzezroczysty. Przy eksplozji jądrowej dzieje się tak zawsze, ponieważ wysokoenergetyczne fotony gamma silnie oddziałują z atomami. Zazwyczaj chodzi o jonizację atomów lub inne przekazywanie energii przy zderzeniach z cząstkami, ale mogą to też być kreacje pary elektron-pozyton lub nawet reakcje jądrowe (jak w przypadku berylu). Generalnie jednak promieniowanie gamma jest dużo bardziej przenikliwe niż alfa i beta, niemniej można się przed nim uchronić. Gruba warstwa ołowiu lub jeszcze grubsza betonu eliminuje zagrożenie, ale trzeba uważać, gdyż rozproszone promieniowanie zmienia kierunek i może razić z innej strony niż ta, gdzie znajduje się jego źródło. Całe szczęście promieniowanie rozproszone jest dużo słabsze od oryginalnego.
Do tej kategorii promieniowania można by też zaliczyć promieniowanie cieplne i to zarówno ze względu na tą samą naturę, jak i to, że promieniowanie gamma przekształca się w cieplne na skutek oddziaływania z ośrodkiem, jednak z powodu różnego wpływu na materię oddziela się je jako element rażenia broni jądrowej i termojądrowej.
Neutrony są cząstkami emitowanymi w reakcjach rozszczepienia i syntezy i mogą takie reakcje powodować. Jako cząstki neutralne elektrycznie nie mają dobrych własności jonizujących. Ich destruktywna działalność polega w większej mierze na przekazywaniu energii innym cząstkom takim jak protony (które będąc naładowane elektrycznie czynią spustoszenie niejako "w ich imieniu") lub fotony gamma emitowane przez wzbudzane neutronami jądra. Zderzając się z jądrami atomów neutrony odbijają się sprężyście lub mogą do nich wniknąć początkując przemianę jądrową. Wskutek zderzeń sprężystych neutrony tracą swą energię, przy czy tracą ją tym szybciej, im lżejsze jest jądro, które je odbija. Wynika to z zasad zachowania energii i pędu, a konkluzją jest stwierdzenie, że neutrony są najlepiej tłumione nie przez ciężkie materiały, jak to było dla pozostałych rodzajów promieniowania, lecz przez grube warstwy materiałów lekkich. Dobrą osłoną przed neutronami może być zatem zwykła woda, zawierająca w sobie dużą ilość wodoru, lub beton, często dodatkowo domieszkowany żelazem, które ma duży przekrój czynny na wychwyt neutronów ([2]).
W zależności od energii kinetycznych, które uzyskują, neutrony dzieli się na:
- wysokich energii - Ek > 50 MeV,
- prędkie - Ek = 0,5 - 50 MeV,
- pośrednich energii - Ek = 1 - 500 keV,
- rezonansowe - Ek = 1 - 1000 eV,
- epitermiczne - Ek = 0,1 - 1 eV,
- termiczne - Ek = 5 - 100 meV,
- zimne - Ek < 5 meV.
Podział ten przydaje się podczas rozważania oddziaływań neutronów z materią, które są opisane często w dość skomplikowany sposób (np. dla neutronów rezonansowych), lub podczas rozważań nad szkodliwością promieniowania, co przedstawione jest w dziale "Efekty".
W niektórych reakcjach produktami są protony, które wraz z neutronami wchodzą w skład jąder atomowych. Są ich jednak tak znikome ilości, że nie rozważa się ich działania w efektach wybuchu bomb atomowych.