В реакции деления рождаются нейтроны с кинетической энергией ~ 2 МэВ. Такие нейтроны называются быстрыми. Эти быстрые нейтроны попадают в среду реактора, состоящую из ядер различных элементов. Ядра среды колеблются со средней энергией ~ 0.025 эВ, что на 8 порядков меньше энергии быстрых нейтронов. При упругих и неупругих столкновениях нейтроны обмениваются энергией с ядрами, в результате многократных столкновений нейтроны замедляются до энергий, порядка средней энергии ядер среды. Нейтроны стремятся к тепловому равновесию со средой. Поэтому замедлившиеся нейтроны называют тепловыми. Замедление нейтронов необходимо из-за того, что для тепловых нейтронов особенно велико сечение деления ядер U235 по сравнению с сечением поглощения U238. Только благодаря замедлению удалось построить реакторы на естественном уране. Вещества, применяемые для замедления нейтронов, называются замедлителями. Наилучшими замедлителями являются вещества с достаточно большим сечением рассеяния, малой массой ядра и малым сечением поглощения. Потери энергии нейтрона на одно столкновение особенно велики для легких ядер. Это легко понять, если провести аналогию со столкновением бильярдных шаров разной массы. Отдача тяжелого ядра мала, для бесконечно тяжелого ядра отдача равна нулю. При равных массах возможна полная передача энергии от одного шара к другому за одно столкновение. Это можно наблюдать и при столкновении нейтрона с ядром водорода. В качестве замедлителя применяют H2O, D2O, Be, C. У них мало сечение захвата, и по массе они сравнимы с массой нейтрона, ибо при взаимодействии отдача тем больше, чем меньше масса ядра. Распределение по энергии нейтронов, пришедших в тепловое равновесие с ядрами, таково:
,
где n – число нейтронов на единичном интервале энергий, Т – температура среды. Это распределение Максвелла. Так как в любой среде сечение поглощения не равно нулю, то нейтроны не успевают прийти в тепловое равновесие со средой. Температура нейтронного газа Тн. г. больше температуры ядер Tяд в реальных ситуациях. В быстрых реакторах отсутствует замедлитель, сечение поглощения приблизительно равно сечению рассеяния, и нейтроны не успевают замедлиться до низких энергий (они раньше будут поглощены). В быстрых реакторах нейтроны замедляются до 0,1 ¸ 0,3 МэВ.