Oto osłona przed neutronami w hali pomiarowej Laboratorium GANIL we Francji. Wykonana jest z ... parafiny. Dlaczego parafina jest dobrym materiałem by zatrzymać neutrony? Czemu nie zastosowano osłony ołowianej?  Owszem, osłona ołowiana tez jest w tylnej części, ale nie po to by zatrzymywać neutrony, bo mało jest do tego celu użyteczna, ale protony i inne cząstki naładowane. Dlaczego tak się dzieje?  Wszystko jest konsekwencją tego, że neutrony są neutralne, tj. pozbawione są ładunku elektrycznego.

Neutrony są cząstkami elektrycznie neutralnymi (ich skład kwarkowy (udd) odpowiada zrównoważonemu ładunkowi elektrycznemu), natomiast masa ich bliska jest masie protonów. W konsekwencji, nie wywołują efektów jonizacji na drodze swego ruchu w materii, ale podobnie jak protony wywołują reakcje jądrowe i to nawet przy bardzo małych energiach, bowiem nie istnieje dla nich bariera elektrostatyczna (kulombowska). Dopiero efekty jonizacji wywołane przez cząstki naładowane emitowane wskutek reakcji neutronów mogą stanowić mierzalny sygnał. Rejestracja neutronów odbywa się więc metodami pośrednimi, gdzie "metodami" są zjawiska wywoływane przez neutrony zaś "pośrednikami" są cząstki naładowane. Jest tu pewna analogia do omawianych już metod rejestracji fotonów. 

Do zjawisk wywoływanych przez neutrony należą:

1. Elastyczne rozpraszanie neutronów na protonach i lekkich jądrach atomowych. Jądro odrzutu, jako naładowane, może wywołać procesy jonizacji i tym samym umożliwić rejestrację neutronu.
2. Reakcje jądrowe, wskutek których emitowane są cząstki naładowane, np. reakcje typu: (n,p), (n,alfa) lub reakcje rozczepienia jąder atomowych.
3. Wzbudzona promieniotwórczość spowodowana oddziaływaniem neutronów z jądrami atomowymi 

Prawdopodobieństwo zachodzenia poszczególnych zjawisk zależy silnie od energii neutronów. Widmo energetyczna neutronów dzieli się więc umownie na obszary, z którymi wiążą się też procesy zachodzące z największymi prawdopodobieństwami dla danych energii neutronów:

1. Neutrony powolne - to takie, których energie kinetyczne zawierają się w granicach od zera do około 1000eV. Wśród nich wyróżniamy jeszcze podgrupy: 
•   Neutrony zimne o energiach rzędu 0.001eV. Pamiętając z termodynamiki związek średniej energii kinetyczne chaotycznego ruchu cząstek z temperaturą (E=kT, gdzie k jest stałą Boltzmanna) możemy takim neutronom przypisać temperaturę T=11.6 K. 
•  Neutrony termiczne, których energie wynoszą około 0.025 eV i którym odpowiada temperatura pokojowa tj. 293K tj. 20^oC.
2. Neutrony rezonansowe, których energie zawierają się w granicach od ok. 1eV do ok. 1000eV. W tym obszarze energii przekroje czynne na niektóre reakcje neutronów zmieniają się gwałtownie prowadząc do wzbudzania stanów rezonansowych, co tłumaczy nazwę tego obszaru energii neutronów.
3. Neutrony pośrednich energii ; ich energie mieszczą się w granicach od ok. 1KeV do ok 500keV
4. Neutrony prędkie, ich energie pokrywają obszar od ok. 0.5 MeV do ok 50 MeV
5. Neutrony wysokich energii to te, których energie kinetyczne sa większe niż ok. 50 MeV.

Rozpatrzmy kilka reakcji jądrowych, które są użyteczne dla celów detekcji neutronów

Ważną własnością tej reakcji jest fakt, że zachodzić może nawet dla najmniejszych energii neutronów trafiających w tarczę z boru. Reakcja te jest bowiem egzoenergetyczna tj. energia reakcji Q jest większa od zera i wynosi: Q=+2.3MeV. Największy przekrój czynny na tą reakcję jest w obszarze energii termicznych  i wynosi ok. 3500b (barnów). Ze wzrostem energii neutronów przekrój czynny zmniejsza się proporcjonalnie do pierwiastka kwadratowego z energii kinetycznej. Zgodnie z prawem zachowania pędu - cząstka alfa, która jest lżejsza, uzyskuje energię 1.47MeV, zaś jądro litu ma energię 0.83MeV. Metody detekcji z wykorzystaniem tej reakcji mogą być różne. Może to być emulsja jądrowa, w której (po naświetleniu i wywołaniu) zlicza się tory pozostawiane przez cząstki naładowane, może to być licznik impulsów elektrycznych, w konstrukcji którego zastosowano bor  w postaci gazowej (trójfluorek boru) lub stałej, jako dodatek do materiału katody. 

W tym przypadku energia reakcji wynosi Q=+4.78MeV. Podobnie jak w pierwszym przypadku, lit używa się jako domieszki w konstrukcji detektora. Taki domieszkowy materiał służący do wywołania określonych reakcji i zamiany ich energii na rejestrowalny sygnał nazywamy konwerterem. 

Ta reakcja umożliwia skonstruowanie liczników, których obszar roboczy zapełniony jest izotopem helu ³He. Energia reakcji wynosi w tym przypadku Q=+0.77MeV, a przekrój czynny dla neutronów termicznych około 5500b.

Podane wyżej reakcje umożliwiają konstrukcję detektorów, których wydajność osiągać może nawet kilkadziesiąt procent dla neutronów termicznych. Aby rejestrować ta metodą neutrony wyższych energii stosuje się układy spowalniające je zanim wejdą do materiału detektora. Oczywiście, tym sposobem nie możemy zmierzyć energii neutronów, a jedynie określić ich liczbę.

Przykład czwarty reprezentuje reakcje rozszczepienia jądra X pod wpływem padającego na nie neutronu. W rezultacie powstają jądra Y₁ i Y₂ oraz emitowanych jest kilka neutronów. Zachowane są przy tym związki:  Z₁+Z₂=Z oraz A₁+A₂+k=A+1. Reakcje takie zachodzą dla najcięższych jąder układu okresowego. W tym przypadku wydzielana jest bardzo duża energia (ok. 200MeV) w postaci energii kinetycznej produktów rozszczepienia. Podobnie jak w poprzednich przypadkach, materiał rozszczepialny (np. uran, pluton, bizmut itp.) wprowadza się do detektora pod różnymi postaciami. 

W przypadku neutronów prędkich wykorzystuje się rozpraszanie elastyczne neutronów na lekkich jądrach. Z kinematycznych zależności dla rozpraszania elastycznego wynika, że energia kinetyczna E_A  jądra odrzuconego pod kątem w rezultacie rozproszenia na nim neutronu o energii E_n określona jest wzorem

Z postaci tego wzoru widać, że przy danej energii neutronu większy przekaz energii ma miejsce dla jąder lekkich niż dla ciężkich. Dla rozpraszania na protonie mamy

Widać też, że energia odrzuconego jądra jest największa kiedy kąt rozproszenia wynosi zero. Takie rozproszenie (lepiej zwać go zderzeniem) nazywamy czołowym. Zauważmy też, że kąt nie może być większy niż  90^o, co jest zabronione przez relacje kinematyczne. 

Zderzenia neutronów z lekkimi jądrami, to sposób na ich spowalnianie. Warto zwrócić uwagę, że sytuacja jest tu odwrotna niż w przypadku cząstek naładowanych, gdzie straty energii na jednostkę długości toru rosną ze wzrostem liczby atomowej absorbenta.  

Średnią stratę energii neutronu w charakteryzuje się przez średni logarytmiczny dekrement energii zdefiniowany w postaci

gdzie E₀ i E oznaczają energie neutronu odpowiednio przed i po zderzeniu.  Mając na uwadze, że po każdym zderzeniu logarytm energii neutronu pomniejsza się o  mamy dla n zderzeń zależność  . Wynika stąd, że średnia energia neutronu po n zderzeniach wynosi.

Średnia liczba zderzeń w materiale charakteryzowanym przez daną wartość , potrzebna dla zmniejszenia energii neutronów od początkowej energii E₀ do energii średniej wynosi więc

Przykładowo: dla spowalniania neutronów na jądrach węgla , zaś dla rozpraszania na protonach . Po podstawieniu tych wartości do wzoru (2.9.9) widzimy, że dla obniżenia energii neutronów od wartości 2MeV do wartości końcowej energii średniej odpowiadającej energii neutronów termicznych tj. 0.025eV potrzebne jest dla węgla 114 zderzeń zaś dla protonów tylko 18. Spowalnianie na cięższych jądrach jest nieefektywne, dlatego w praktyce materiałami spowalniającym są takie, które zawierają w swym składzie dużo pierwiastków lekkich, najlepiej wodoru: woda, parafina, beton, ale także węgiel i beryl.

Kolejnym efektem wywołanym przez neutrony jest wzbudzona promieniotwórczość niektórych pierwiastków wskutek wychwytywania neutronów. Efekt ten jest podstawą tzw. metody aktywacyjnej pomiaru strumieni neutronów. W celu wykonania takiego pomiaru umieszcza się próbkę danego materiału w strumieniu neutronów, a następnie mierzy się jego aktywność. Aktywność ta jest proporcjonalna do natężenia strumienia neutronów. W praktyce pomiar taki musi uwzględniać przekrój czynny na reakcję neutronów z materiałem aktywowanym, stałą rozpadu tego materiału i czas pomiędzy aktywacją a pomiarem aktywności oraz warunki geometryczne wykonywania pomiaru, wydajność detektora itp. Metoda aktywacyjna jest szczególnie użyteczna jeśli pomiar należy wykonać w miejscach, w których  umieszczenie  umieszczenie klasycznych detektorów jest trudne lub niemożliwe. Metoda ta nie pozwala jednak na natychmiastowe uzyskiwanie wyników.