Взаимодействие нейтронов с веществом определяется, в первую очередь, отсутствием электрического заряда у этой частицы, вследствие чего нейтрон легко проникает в любые ядра, даже в самые тяжёлые. Достигая ядра, поток нейтронов вызывает ядерные реакции: упругое и неупругое рассеяние, радиационный захват, ядерное расщепление.
Упругое и неупругое рассеяние – это процесс, при котором нейтрон передаёт большую часть своей энергии ядру и, как следствие, замедляет скорость своего движения.
Неупругое рассеяние наблюдается при движении нейтрона через внешнюю оболочку ядра. Оно тем больше, чем тяжелее ядро. Упругое рассеяние происходит при движении нейтрона через более глубокие зоны ядра. При этом потеря энергии и замедление скорости нейтронов тем больше, чем меньше масса ядра.
Потерявший энергию нейтрон захватывается ядром (поглощается), вследствие чего возбуждается искусственная радиоактивность ядра. Процесс поглощения сопровождается испусканием гамма-квантов, протонов, альфа-частиц.
Таким образом, поток нейтронов, проходя через вещество, замедляется и теряет часть нейтронов, захваченных ядрами атомов. Замедление, интенсивность потока, а также вновь появившееся радиационное излучение могут быть оценены количественно, т.е. измерены. Очень сильно замедляются нейтроны, проходя через воду, нефть, газ.
Источниками нейтронов чаще всего служат естественные радиоактивные элементы – смеси радия и бериллия, полония и бериллия, плутония и бериллия, или искусственные источники, например, ядерные реакторы. Измерение наведённой радиоактивности позволяет определить содержание многих элементов в облучаемых образцах.
Основным нейтронным свойством горных пород и руд является их способность поглощать и рассеивать нейтроны. Ядра породы, в которую проникают нейтроны, обладают способностью рассеивать нейтроны. Скорость нейтронов уменьшается. Ослабленные до тепловой энергии нейтроны перемещаются в породе путём диффузии до тех пор, пока не поглотятся какими-нибудь ядрами.