Eine Kernreaktion ist ein Prozess, der auftritt, wenn der Kern eines Atoms subatomare Teilchen in dem Maße verliert, dass seine Eigenschaften verändert werden. Das ursprüngliche Atom eines Elements, das eine Kernreaktion durchläuft, kann entweder zu einem anderen Isotop oder einer Varietät desselben Elements oder zu einem völlig anderen Element werden. Kernreaktionen sind eng mit Strahlung im Allgemeinen verwandt, die außerhalb einer Reaktion spontan auftreten kann. Strahlung beschreibt einfach den Prozess, bei dem Energie oder Gegenstände von einem Atom oder einem anderen Teilchen emittiert werden. Der Begriff Kernreaktion bezieht sich jedoch normalerweise speziell auf eine Situation, in der die Kerne zweier Atome kollidieren und die Eigenschaften von mindestens einem der Kerne verändern.
Eine Kernreaktion kann in vielen verschiedenen Formen ablaufen, die jeweils sehr unterschiedliche Ergebnisse liefern. Bei einer Spaltungsreaktion spaltet sich ein großes und oft instabiles Teilchen spontan oder infolge einer Kollision in zwei verschiedene Teilchen auf. Bei einer Kernfusionsreaktion geschieht das Gegenteil: Zwei kleinere Teilchen kollidieren und ihre Kerne verbinden sich zu einem größeren Teilchen. Fusionsreaktionen treten in Sternen natürlich auf, aber die meisten menschlichen Versuche, sie effektiv und effizient zu kontrollieren, sind gescheitert. Bei einer Spallationsreaktion wird ein Kern mit genügend Impuls getroffen, um mehrere Neutronen oder Protonen zu verdrängen, wodurch das Atomgewicht des Teilchens reduziert wird.
Kernspaltungsreaktionen werden in Kernreaktoren verwendet, um nutzbare Energie zu erzeugen. Instabile Partikel kollidieren und spalten sich auf, wodurch eine erhebliche Menge an kinetischer und thermischer Energie erzeugt wird. Diese Energie kann vom Kernreaktor geerntet und für menschliche Anliegen genutzt werden. Es besteht großes Interesse an der Nutzung von Fusionsreaktionen zur Stromerzeugung, da sie dazu neigen, eine beträchtliche Menge an Energie freizusetzen. Leider sind Fusionsreaktionen außerordentlich schwer zu kontrollieren – sie treten natürlich unter Hochdruck- und Hochenergiebedingungen auf Sternen auf, und solche Bedingungen sind sehr schwer zu replizieren.
Es gibt verschiedene Arten von Partikeln, die während einer Kernreaktion üblicherweise von Kernen emittiert werden. Alpha-Teilchen sind im Wesentlichen identisch mit den Kernen von Heliumatomen und bestehen aus zwei miteinander verbundenen Neutronen und zwei Protonen. Beta-Teilchen sind einfach Elektronen; sie haben eine viel kleinere Masse und eine negative Ladung. Neutronen werden auch bei Kernreaktionen freigesetzt; sie sind sehr durchdringend, weil sie eine neutrale Ladung haben und es daher nur wenige Kräfte gibt, die sie daran hindern, verschiedene Substanzen, einschließlich der menschlichen Haut, zu durchdringen. Gammastrahlen sind Strahlen, die den Kern in Form von reiner Energie verlassen; sie sind auch sehr durchdringend und können aufgrund ihrer nicht vorhandenen Masse und neutralen Ladung fast alles durchdringen.