นิวตรอนจะยึดเหนี่ยวตามปกติอยู่กับ นิวเคลียสของอะตอม และไม่ได้มีอยู่ฟรีอย่างอิสระได้นานในธรรมชาติ นิวตรอน ที่ไม่ถูกยึดเหนี่ยวจะมี ครึ่งชีวิต เพียงประมาณ 10 นาที การปลดปล่อยนิวตรอนจากนิวเคลียสต้องการพลังงานที่มากกว่า พลังงานยึดเหนี่ยว ของนิวตรอน ซึ่งโดยปกติจะเท่ากับ 7-9 MeV สำหรับ ไอโซโทป ส่วนมาก แหล่งกำเนิดนิวตรอน จะสร้างนิวตรอนอิสระโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่หลากหลาย รวมทั้ง นิวเคลียร์ฟิชชัน และ นิวเคลียร์ฟิวชัน ไม่ว่าแหล่งกำเนิดของนิวตรอนจะเป็นอย่างไร พวกมันจะถูกปลดปล่อยออกมาพร้อมกับพลังงานหลาย MeV

เนื่องจาก พลังงานจลน์ E {\displaystyle E} สามารถเกี่ยวข้องกับ อุณหภูมิ ผ่านทางสมการ:

E = 1 2 m v 2 = 3 2 k B T {\displaystyle E={\frac {1}{2}}mv^{2}={\frac {3}{2}}k_{B}T}

ลักษณะสมบัติที่เป็น อุณหภูมิ ของนิวตรอนที่มีพลังงานหลาย ๆ MeV จะมีอุณหภูมิหลายสิบล้านองศา เซลเซียส

การหน่วงเป็นกระบวนการของการลดลงของพลังงานจลน์สูงช่วงเริ่มต้นของนิวตรอนอิสระ เนื่องจากพลังงานจะถูกอนุรักษ์ การลดลงของพลังงานจลน์ของนิวตรอนนี้จะเกิดขึ้นโดยการโอนพลังงานไปยังวัสดุที่เรียกว่าตัวหน่วง ตัวหน่วงยังเป็นที่รู้จักกันในนาม ตัวชะลอนิวตรอน เนื่องจากที่มาพร้อมกับการลดลงของพลังงานก็คือการลดความเร็วนั่นเอง

ความน่าจะเป็นของการกระเจิงของนิวตรอนตัวหนึ่งจากนิวเคลียสจะถูกกำหนดโดยภาคตัดขวางการกระเจิง คู่แรกของการชนที่มีตัวหน่วงอาจจะมีพลังงานสูงเพียงพอที่จะกระตุ้นนิวเคลียสของตัวหน่วง การปะทะกันดังกล่าวเป็นการชนแบบไม่ยืดหยุ่น เนื่องจากบางส่วนของพลังงานจลน์จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานศักย์โดยการกระตุ้นบางส่วนของเสรีภาพภภายในของนิวเคลียสเพื่อที่จะสร้างสภาวะกระตุ้น (อังกฤษ: excited state) ในขณะที่พลังงานของนิวตรอนลดลง การชนกลายเป็นแบบยืดหยุ่นเสียส่วนใหญ่ นั่นคือพลังงานจลน์และโมเมนตัมรวมของระบบ (ของนิวตรอนและของนิวเคลียส) ถูกอนุรักษ์ (พลังงานจลน์รวม=โมเมนตัมรวม)

ถ้ากำหนดให้เป็นคณิตศาสตร์ของการชนแบบยืดหยุ่น เนื่องจากนิวตรอนมีน้ำหนักเบามากเมื่อเทียบกับนิวเคลียสส่วนใหญ่ วิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการกำจัดพลังงานจลน์ออกจากนิวตรอนก็คือโดยการเลือกนิวเคลียสหน่วงที่มีมวลใกล้เคียงกัน

การปะทะกันแบบยืดหยุ่นของมวลที่เท่ากัน

การชนของนิวตรอนตัวหนึ่งที่มีมวล = 1 กับนิวเคลียส 1H (โปรตอน) อาจทำให้นิวตรอนสูญเสียเกือบทั้งหมดของพลังงานในการประสานงาเพียงครั้งเดียว โดยทั่วไปอย่างมาก มันจำเป็นต้องคำนึงถึงทั้งการชนแบบเฉียงและการชนแบบประสานงา การลดลงแบบลอการิทึมเฉลี่ยของพลังงานนิวตรอนต่อการชนกันหนึ่งครั้ง ξ {\displaystyle \xi } ขึ้นอยู่กับมวลของอะตอม A {\displaystyle A} ของนิวเคลียสเท่านั้นและจะถูกกำหนดโดย:

ξ = ln ⁡ E 0 E = 1 + ( A − 1 ) 2 2 A ln ⁡ ( A − 1 A + 1 ) {\displaystyle \xi =\ln {\frac {E_{0}}{E}}=1+{\frac {(A-1)^{2}}{2A}}\ln \left({\frac {A-1}{A+1}}\right)} .[2]

สมการนี้สามารถประมาณออกมาให้อยู่ในรูปแบบที่ง่ายมากคือ ξ ≃ 2 A + 1 {\displaystyle \xi \simeq {\frac {2}{A+1}}} .[โปรดขยายความ][3] จากสมการนี้เราสามารถลบด้วย n {\displaystyle n} จำนวนที่คาดหวังของการชนกันของนิวตรอนที่มีนิวเคลียสตามประเภทที่กำหนดให้ที่จะต้องลดพลังงานจลน์ของนิวตรอนจาก E 0 {\displaystyle E_{0}} เป็น E 1 {\displaystyle E_{1}}

n = 1 ξ ( ln ⁡ E 0 − ln ⁡ E 1 ) {\displaystyle n={\frac {1}{\xi }}(\ln E_{0}-\ln E_{1})} .[4]ในระบบที่อยู่ในความสมดุลความร้อน นิวตรอน (สีแดง) ถูกกระเจิงแบบยืดหยุ่นโดยตัวหน่วงแบบสมมุติของนิวเคลียสไฮโดรเจนอิสระ (สีน้ำเงิน) เป็นการประสบกับการเคลื่อนที่ที่กระตุ้นด้วยความร้อน พลังงานจลน์จะถูกเคลื่อนย้ายไประหว่างอนุภาคด้วยกัน เนื่องจากนิวตรอนมีมวลเท่ากับโปรตอนและไม่มีการดูดซับ การกระจายความเร็วของทั้งสองชนิดของอนุภาคจะถูกอธิบายไว้อย่างดีโดยการกระจายแบบแมกส์เวลล์-โบลส์แมนน์

ตัวเลือกสำหรับวัสดุตัวหน่วง