Для чего в атомных реакторах применяют замедлители нейтронов?

Для увеличения вероятности распада ядра. В ядерной физике эта вероятность описывается через так называемые поперечные сечения, которые имеют размерность площади. Когда нейтрон попадает в ядро урана 235, это может вызвать: 1)деление ядра на осколки (реакция деления) ; 2)образование нового изотопа (реакция поглощения) ; 3)выброс нейтрона из ядра (реакция рассеяния) . Каждая реакция характеризуется своим собственным сечением. А величина сечений зависит от скорости налетающего нейтрона. Так вот очень интересная особенность состоит в том, что сечение реакции деления имеет максимальное значение при скоростях нейтрона, характерных для комнатных температур. А с увеличением скорости величина сечения деления резко падает.

Когда ядро урана разваливается на осколки с испусканием нескольких новых нейтронов, эти нейтроны имеют очень высокую скорость и, как результат, очень маленькое поперечное сечение реакции деления. Поэтому когда они в свою очередь столкнутся с новыми ядрами урана, больше шансов будет на то, что они либо останутся в самом ядре с образованием нового изотопа (поглощение) , либо просто вылетят из ядра без всяких последствий для него (рассеяние) . А чтобы произошла реакция деления, нейтроны надо затормозить. Вот для этого и служит замедлитель: вещество из наиболее лёгких элементов таблицы Менделеева (обычная или тяжёлая вода, графит, бериллий) . Сталкиваясь с атомами замедлителя, нейтрон отдаёт им свою энергию и его скорость падает. Такие медленные нейтроны, выйдя из слоя замедлителя, потом очень эффективно разваливают ядра урана на осколки.

Причина малой вероятности реакции деления на высоких скоростях состоит скорее всего в малом времени взаимодействия нейтрона с ядром: нейтрон просто не успевает встроиться в структуру ядра и перевести его в возбуждённое состояние. И кинетическая энергия нейтрона в этом процессе особой роли не играет. Ядро урана 235 уже находится очень близко к порогу устойчивости и внедрение дополнительного нейтрона в ядро ведёт к превышению этого порога.