УПРАВЛЯЕМАЯ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ ДЕЛЕНИЯ. Представим себе, что в делящийся изотоп уран-235 влетел один-единственный нейтрон. Попав в одно из ядер атома урана-235, он разделит его на две части. При этом высвободится относительно огромное количество энергии — примерно 200 Мэв. Но самое важное заключается в том, что в результате расщепления ядра атома урана-235 на две части будет выброшено два свободных нейтрона (в среднем 2,1), которые разделят два ядра с образованием уже четырех нейтронов. Эти четыре нейтрона разделят четыре новых ядра урана-235. Четыре ядра выбросят уже восемь нейтронов, способных разделить такое же количество ядер атомов урана. Далее процесс деления и высвобождения нейтронов пойдет лавинообразно, удваиваясь при каждом новом поколении. Словом, начнется саморазвивающаяся цепная ядерная реакция деления.
Чтобы сразу определить, как быстро будет нарастать такая реакция в каком-либо куске делящегося вещества, вводят особую величину, называемую коэффициентом размножения нейтронов К. Этот коэффициент показывает, во сколько раз каждое последующее поколение появляющихся нейтронов больше предыдущего, иначе говоря, во сколько раз увеличивается нейтронный поток после каждого использования очередной порции народившихся на свет нейтронов. Если эта величина будет хоть на тысячную долю процента больше единицы, количество нейтронов, а вместе с пим и число делении ядер атомов урана-235 все равно будут увеличиваться лавинообразно. Но для того чтобы использовать ядерную энергию на пользу человеку, ее надо сделать контролируемой: добиться, чтобы число делений за единицу времени, а следовательно, и количество выделяемой энергии увеличивалось не катастрофически быстро, а достаточно медленно, и, после того, как будет достигнут требуемый режим (уровень мощности) реакции, установилось бы равновесное состояние. Очевидно, это возможно только в том случае, если к определенному моменту коэффициент размножения нейтронов станет равен единице. Если же он упадет ниже единицы, уже начавшаяся  реакция  затухнет.
Как же в таком случае осуществить управляемую цепную ядерную реакцию?
Возникнуть в естественном уране цепная реакция не может, так как коэффициент размножения нейтронов из-за сильного их поглощения ядрами урана-238 будет всегда меньше единицы. А поглощенные нейтроны, естественно, никакого прироста потомства не дают. Однако есть пути для создания цепной реакции и в естественном уране.
Проблема состоит в том, чтобы сразу же после каждого деления ядра урана-235 каким-то способом замедлить нейтроны до такой энергии, при которой они уже не будут все захватываться ядрами атомов урана-238. Тогда часть нейтронов, замедленных до тепловых энергий, сможет разделить нужное для поддержания хода цепной реакции число ядер атомов урана-235, а нейтроны, не успевшие замедлиться до тепловых энергий, будут поглощены ядрами урана-238. Отсюда возникла новая задача: найти такие средства или такое вещество, которое позволяло бы замедлить свободные нейтроны до тепловых скоростей — порядка 0,025—0,03 эв — и  при  этом само  бы не  поглощало   нейтронов.
Нейтроны можно замедлить только одним путем — заставить их многократно сталкиваться с ядрами атомов замедлителей. При каждом столкновении нейтрон должен терять как можно больше энергии.
Из законов механики следует, что если скорость движущегося тела замедлять путем упругих столкновений его с другим неподвижным или медленно движущимся телом, то наибольшее количество энергии теряется (передается другому телу) в том случае, когда массы сталкивающихся тел одинаковы или близки друг другу. Поэтому для замедления нейтронов лучше всего применять ядра легких атомов, например водорода, масса которого почти равна массе нейтрона. Наилучшими замедлителями по совокупности свойств — малому поглощению нейтронов, эффективности замедления, минимальной стоимости и удобству эксплуатации — являются тяжелая вода, особо чистый графит и даже обычная дистиллированная вода. Эффективное замедление нейтронов достигается в так называемых гомогенных реакторах, где ядерное горючее равномерно распределено в замедлителе. Избежать усиленного поглощения ядрами урана-238 нейтронов, замедленных до резонансной энергии (скорости), в этом случае не удастся. Поэтому, чтобы возбудить цепную реакцию, количество делящегося изотопа урана-235 должно быть соответственно увеличено.
В реакторах, созданных для производства плутония, используют тепловыделяющие элементы из естественного урана.
Расстояния между тепловыделяющими элементами подбирают такие, чтобы нейтроны, выброшенные при делении ядер урана-235, поглощались ядрами урана-238 не все сразу. Часть их, пролетая сквозь слой замедлителя (графита), должна успеть в нем замедлиться до тепловых скоростей, минуя резонансные скорости (1—7 эв), и, попав в соседний слиток урана, спокойно разделить ядра атомов урана-235, избежав поглощения по пути ядром атома урана-238. Естественно, что вызванное этим большое рассредоточение урана-235 требует значительного увеличения количества природного урана, необходимого для образования критической массы. Для этого в реактор приходится закладывать несколько десятков и даже сот тонн природного урана.
Но и при соблюдении всех этих условий очень трудно было бы создать управляемую цепную реакцию деления, так как предоставленный самому себе процесс деления развивается столь быстро (миллионные доли секунды), что за ним не в состоянии поспеть даже самые быстродействующие и сверхчувствительные приборы. Совершенно неожиданно делу помогло наличие так называемых запаздывающих нейтронов.
Дело в том, что два-три нейтрона, выбрасываемые при делении ядер урана-235, появляются не все сразу, а в разное время. Сначала вылетают мгновенные нейтроны, составляющие примерно 99% их общего числа, и лишь потом остальные — 1% нейтронов — с запозданием примерно от 0,0001 до нескольких десятков секунд.
В результате ход реакции во всей массе урана в среднем замедляется до тысячных или десятых долей секунд.
Именно они и позволили самым надежным образом контролировать ход цепной ядерной реакции деления даже вручную. В этом случае мощность реактора нарастает достаточно медленно, и ни при каких обстоятельствах реактор не пойдет  в «разнос».
И наконец, еще одно немаловажное условие. Часть нейтронов, появляющихся при делении ядер урана-235, пропутешествовав в уране и замедлителе, может, не попав ни в одно ядро атома урана, просто вылететь наружу. Устранить такую потерю нейтронов можно, если окружить реактор сплошной оболочкой из вещества, хорошо отражающего нейтроны, например из того же графита. Претерпев многократные столкновения с ядрами замедлителя, нейтроны отразятся обратно в активную зону реактора. Следовательно, число безвозвратно теряемых нейтронов резко сократится. В результате такой экономии нейтронов можно соответственно уменьшить  загрузку  реактора  ядерным  горючим.