核反应（英文：nuclear reaction），即原子核的“化学反应”，是原子核与原子核，或者原子核与各种粒子之间的相互作用引起的各种变化。一般情况下，核反应是由以一定能量的入射粒子轰击靶核的方式出现；入射粒子可以是质子、中子、光子、电子、各种介子以及原子核等。核反应通常分为四类：衰变、粒子轰击、裂变和聚变。在核反应中，质量，能量，动量，角动量和宇称保持守恒。

1919年英国的E·欧内斯特·卢瑟福首次实现了人工核反应。1934年，居里夫妇第一次实现了产生人工放射性核素的核反应。1942年，芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆——芝加哥一号堆，从此开启了人类的原子能时代。

核反应是宇宙中普遍存在的重要自然现象，是恒星的能量来源。核反应是产生不稳定核的最重要手段。研究核反应的重要目的之一是获取核能。

1919年英国的E·欧内斯特·卢瑟福用天然放射性物质的α粒子轰击氮，首次用人工实现了核反应。1920年，英国物理学家亚瑟·埃丁顿提出太阳的能量来自氢原子核到氦原子核的聚变过程。1928年，美国核物理学家伽莫夫揭示了聚变反应中的库仑势垒隧穿效应。1929年，阿特金森和奥特麦斯从理论上计算了氢原子聚变成氦原子的反应条件，指明了热核聚变研究的方向。1932年，英国科学家考克拉夫和瓦耳顿发明高压倍加器，并把质子加速到500keV，实现了7Li(p，α）4He核反应，释放的粒子每一个具有8.9MeV动能。这是第一个在加速器上实现的核反应，也是人类通过核反应实现释放核能的一个例子。同年，詹姆斯·查德威克利用9Be(α，n)12C 反应，不仅变革了原子核，还发现了中子。

1934年，居里夫妇用27Al（α，n)30P核反应产生了第一个人工放射性核素。同年，马克·奥利芬特用氢的同位素氘轰击氘，生成氚，实现首个 D-D 核聚变反应。1936年，奥格·玻尔提出了复合核模型，成功地解释了很多核反应现象。1938年，贝特证明太阳能源来自氢核聚变成氦核的热核反应，提出了“碳循环”和“氢循环”核聚变理论。1938~1939 年，德国人哈恩、施特拉斯曼用中子轰击铀，发现了核裂变现象，李斯曼特纳和弗里希预言了裂变在理论上应伴随着大量的能量释放。

1942年12月2日，芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆——芝加哥一号堆，内部成功产生了可控的铀核裂变链式反应，从此开启了人类的原子能时代。1942年：首次实现D-T反应。普渡大学用氢的同位素氘轰击同位素氚，实现首个D-T核聚变反应。1952年：首颗氢弹爆炸。在西太平洋埃尼威托克岛秘密爆炸了一颗氢弹，标志着人类成功的实现了不可控核聚变。1954年，苏联建成了世界上第一座核电站——奥布灵斯克核电站，标志着核电正式进入了商用阶段。

核反应是指入射粒子（或原子核）与原子核（称靶核）碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。其过程可分为核裂变和核聚变。在反应过程中，质子和中子不断地交换介子推，产生了强大的核力。核力是使核子组成原子核的作用力，属于强相互作用力的一类。原子核在其他粒子的轰击下产生新的原子核，这就是核反应过程。

在核反应中，用于轰击原子核的粒子称为入射粒子或轰击粒子，被轰击的原子核称为靶核；核反应发射的粒子称为出射粒子，反应生成的原子核称为剩余核或产物核。

核反应一般可以表示为：，或者，这里，分别用和代表单射粒子，靶核，出射轻粒子，和剩余核。它们相应的静质量和动能分别为和。不管其内部反应如何，根据能量守恒，总有：

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在核反应的过程中，会产生不同于入射弹核和靶核的新的原子核。因此，核反应是生成各种不稳定原子核的根本途径。

核裂变，又称核分裂，是一个原子核分裂成几个原子核的变化。是指由重的原子，主要是指铀或铉，分裂成较轻的原子的一种核反应形式。

核聚变是指由质量小的原子，在一定条件下发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。

核反应不是通过一般化学方法所能实现的，而是用到很多近代物理学的实验技术和理论。

首先要用人工方法产生高能量的核“炮弹”，如筑原子核、氢原子核、免原子核等，利用这些“炮弹”猛烈撞击别的原子核，从而引起核反应。各种各样的加速器，都是为了人工产生带电的高能粒子用作核“炮弹”来进行核反应的。以一定能量的入射粒子轰击原子核，当入射粒子与原子核的距离接近到10-15米时，两者之间的相互作用就会引起原子核的各种变化，从而产生不稳新原子核，该新原子核通过放出能量或粒子达到稳定状态，这种现象称为“衰变”。

奥格·玻尔提出的复合核模型认为，一般的低能核反应是分两个阶段进行的，第一阶段是单射粒子射到靶核中，形成一个新的处于激发态的原子核，称为复合核。第二阶段是复合核发生衰变，放出粒子并形成余核。这样核反应过程可表示为a+A->c*—B+b，式中的c*表示处于激发态的复合核。

复合核模型的基本思想和液滴模型相同。当入射粒子射入靶核后，就和周围的核子发生强烈的作用，从而把能量传给附近的核子，这些核子又把能量传给自己周围的核子。当入射粒子在核中穿行时，这一过程很快就扩展到原子核的各个部分，它带到核中的能量（这包括它在质心系统中的动能和它与靶合结合时的结合能）很快就分配给核中所有的核子。经过多次碰撞，最后核子间的能量传递达到动态平衡，单射粒子也留在核中和靶核融为一体，和其他核子没有什么区别。

大量的实验研究和理论分析表明，复合核虽然是核反应的一种重要机制，但并不能概括核反应的全部过程。一般认为轻粒子低能核反应是一个三阶段过程。核反应的第一阶段是入射粒子接近到靶核势场作用范围内，一部分受到势场作用而发生弹性散射，另一部分则被核“吸收”而消失。被“吸收”而消失的入射粒子可以是和核中的核子作用，把核子打出来直接产生了核反应（称直接反应），也可以是单纯地被核吸收而留在核中。这个过程很像光波射到一个灰色玻璃球上，一部分受到玻璃球的反射和折射，另一部分则被玻璃球吸收。描述核反应这一阶段的理论模型称为光学模型。原子核使单射粒子发生散射和吸收的平均势场则称为光学势。入射粒子被吸收后，在频繁交换能量达到统计平衡而形成复合核之前，和核中的核子只碰撞几次就可能产生反应，这种过程称为多步过程或平衡前反应，也叫做预平衡发射。这种反应是介于直接反应和复合核之间的一种中间过程，是入射粒子和靶核相互作用的第二阶段发生的反应。第三阶段的核反应就是形成复合核并发生衰变。如果衰变时放出的粒子和入射粒子相同，就称为复合弹性散射，如果不同，则称为核反应或复合核反应。上述的反应过程和机制只对轻粒子引起的低能核反应适用，高能轻粒子核反应则是以直接反应为主，甚至可将原子核打碎并产生介子等新的粒子。重离子核反应可看成是两个原子核发生碰撞，反应机制要复杂得多，很多详细的过程还不十分清楚。

要使两个原子核相互碰撞，它们之中最少有一个原子核具备足够高的能量(称为炮弹)，或者两个原子核都具备足够高的能量。早期，在实验室中常用的炮弹有两种：一种是来自放射源(可以发射出具有一定能量的粒子的放射性原子核)的粒子，包括中子、α粒子、高能γ射线；第二种是来自离(粒)子加速器的离子束。放射源是早期实验用的工具，可以是天然的，也可以是人造的。核反应堆中子源是一个常用的中子源。加速器是实验室使用的大型实验装置，它有许多类型，例如高压倍加器、串列加速器、回旋加速器和同步加速器。

再一个就是需要有合适的靶原子核，一般都会选择一种由单一的稳定原子核构成的材料，固体的或者是气体的，制成需要的靶子，以备使用。还有一个不可缺少的条件就是需要有探测粒子和原子核的设备，根据需要，其结构由简单的一个探测器，或是几个探测器的组合，更复杂的是由几种不同类型的探测器组合起来的鉴别系统，如超重核的鉴别系统。

影响核反应的重要因素有三个：反应系统中原子核的质量、炮弹核的速度和瞄准距离。这三个因素可以归结到角动量中。

以两个相互碰撞原子核的质量中心为原点的坐标系。通常实验者进行核反应研究时，会将待轰击的靶子竖直固定在一个真空室的中心位置。以这个位置为原点，以炮弹前进的方向为Z轴，X轴在水平面。Z-X 之间的夹角记作θ，Z-Y 之间的夹角记作ϕ。这样的坐标系就是所谓的实验室坐标系。在这个坐标系中，可以很方便地记录炮弹的能量，核反应过程中发射各种粒子的总数及其分布等。

在讨论理论问题时，为了理论计算的方便，建立了质心坐标系，即以炮弹和靶原子核的质量中心为坐标原点，以炮弹的运动方向为 Z 轴方向的坐标系。用一套公式，可将实验室坐标系的测量数据转换为质心坐标系的数据。

简单说，反应截面就是炮弹核与靶原子核发生碰撞的概率。假设单位面积上只有一个靶原子核，一个炮弹粒子轰击这一单位面积时，与这个靶原子核撞上的概率就是反应截面。实际实验时，已知单位面积上的靶原子核数为N，测定在一定时间内单射到单位面积上的炮弹数目(I )，以及发生反应的数目(N')，一般用σ表示反应截面(概率)，则σ=N'/IN。发生某种核反应的几率用核反应截面来表征。

核反应中的各种截面均与入射粒子的能量有关，截面随入射粒子能量的变化关系称为激发函数，即σ(E)-E的函数关系;与此函数相应的曲线为激发曲线。

每一种核反应称为一个反应道。反应道由入射道和出射道构成。入射粒子和靶核组成入射道，出射粒子和剩余核组成出射道。同一单射道可以有若干出射道，同一出射道也可以有若干入射道。

只有满足质量数、电荷、能量、动量、角动量和宇称等守恒条件，核反应才能发生，相应的反应道称为开放的，或简称开道，反之为闭道。

核反应过程总是伴随着能量的吸收或释放，前者称为吸能反应，反者称为放能反应。反应能常用Q表示。反应能Q应等于反应前后体系总质量之差(以能量为单位)；对Q>0的核反应称之为放能反应；对于Q<0称为吸能反应。

对于吸能反应而言，能发生核反应的最小单射粒子动能Ta称为核反应阈能Tth。为保持动量守恒，入射粒子的动能除了要供给被体系吸收的Q值外，还要提供反应产物的动能，显然，Ta必须超过Q一定的数值才能发生吸能反应;要使吸能反应能发生，入射粒子在L系中的动能Ta至少等于(ma+mA)/mA×Q，并定义为反应阈能Tth;

核反应的产额是入射粒子在靶体引起的核反应数与入射粒子数之比，Y=N/I0;Y与反应截面、靶的厚度、组成等有关;对靶体，不同深度处的核反应截面是不同的。

参考资料

大量实验表明，在原子核反应过程中，反应系统遵守以下几个守恒定律：

参考资料

某些核反应存在连锁反应的现象，如：U-235和中子的核反应：只要有一个中子轰击U-235，就会放出3个中子，3个中子再去轰击U-235就会生成9个中子，这样连续下去，在几微秒的时间里，就使反应进行得非常剧烈而放出巨大的能量，具有这种特点的反应，我们称之为连锁反应。原子弹的爆炸能够如此剧烈，就是由于发生了连锁反应。

核反应实际上研究两类问题:一是研究在能量、动量等守恒的前提下核反应能否发生；二是研究参加反应的各类粒子间的相互作用机制并进而研究核反应发生的概率大小。

军事上，利用核裂变反应可以制造原子弹；利用核聚变反应制造氢弹。原子弹和氢弹所发生的核反应具有不可控制性，瞬间释放的能量会给人类带来灾难。

研究核反应的重要目的之一就是获取核能。利用可控核反应，建立原子反应堆，,和平利用核能。