Una reacción nuclear es un proceso que ocurre cuando el núcleo de un átomo pierde partículas subatómicas en la medida en que se alteran sus propiedades. El átomo original de un elemento que sufre una reacción nuclear puede convertirse en un isótopo diferente, o una variedad, del mismo elemento o puede convertirse en un elemento completamente diferente. Las reacciones nucleares están estrechamente relacionadas con la radiación en general, que puede ocurrir espontáneamente fuera de una reacción. La radiación simplemente describe el proceso de emisión de energía o artículos de un átomo u otra partícula. El término reacción nuclear, sin embargo, generalmente se refiere específicamente a una situación en la que los núcleos de dos átomos chocan y alteran las propiedades de al menos uno de los núcleos.
Una reacción nuclear puede ocurrir de muchas formas diferentes, cada una de las cuales da resultados considerablemente diferentes. En una reacción de fisión, una partícula grande y a menudo inestable, ya sea espontáneamente o como resultado de una colisión, se divide en dos partículas diferentes. Lo contrario ocurre en una reacción nuclear de fusión: dos partículas más pequeñas chocan y sus núcleos se combinan para formar una partícula más grande. Las reacciones de fusión ocurren naturalmente en las estrellas, pero la mayoría de los intentos humanos por controlarlas de manera efectiva y eficiente han fracasado. En una reacción de espalación, se golpea un núcleo con suficiente impulso para desalojar varios neutrones o protones, reduciendo así el peso atómico de la partícula.
Las reacciones nucleares de fisión se utilizan en reactores nucleares para producir energía utilizable. Las partículas inestables chocan y se separan, generando una cantidad significativa de energía cinética y térmica. Esta energía puede ser recolectada por el reactor nuclear y ser utilizada para preocupaciones humanas. Existe un gran interés en el uso de reacciones de fusión para generar energía, ya que tienden a liberar una cantidad considerable de energía. Desafortunadamente, las reacciones de fusión son extraordinariamente difíciles de controlar; ocurren naturalmente en las condiciones de alta presión y alta energía presentes en las estrellas, y tales condiciones son muy difíciles de replicar.
Hay varios tipos diferentes de partículas que comúnmente se emiten desde los núcleos durante una reacción nuclear. Las partículas alfa son esencialmente iguales a los núcleos de los átomos de helio y están compuestas por dos neutrones y dos protones unidos. Las partículas beta son simplemente electrones; tienen una masa mucho más pequeña y una carga negativa. Los neutrones también se liberan en reacciones nucleares; son muy penetrantes porque tienen una carga neutra por lo que hay pocas fuerzas que les impidan pasar a través de diversas sustancias, incluida la piel humana. Los rayos gamma son rayos que salen del núcleo en forma de energía pura; también son muy penetrantes y pueden atravesar casi cualquier cosa debido a su masa inexistente y carga neutra.