在反应堆堆芯内的有些材料会发生自发裂变（spontaneous fission）或者a衰变，从而产生一定量的中子。由于已经运行过的反应堆内有足够的高能g射线，而所有用水作为冷却剂的反应堆内均有氘的存在（氘在天然水里的丰度是0.015%），因此这是一个十分重要的中子源。自发裂变是原子核在没有外来粒子轰击或外来能量加入的情况下发生的裂变，是放射性衰变方式之一。下表显示了一些会自发裂变的核素。1940年K. A.彼得扎克和 G. N. 弗廖罗夫首先观察到U 核自行发生裂变的现象，并估计其半衰期约为10～10年。最新的物理研究认为，自发裂变是量子力学隧道效应的结果。原子核边界有一裂变势垒，原子序数比钍低的核素，裂变势垒太高，几乎不可能自发裂变；随着超铀核素的不断产生，自发裂变率增大，逐渐成为一些超铀核素的主要衰变方式。例如Cf的a衰变只占0.31%，自发裂变占99.69%。天然中子源;