核反應（英文：nuclear reaction），即原子核的“化學反應”，是原子核與原子核，或者原子核與各種粒子之間的相互作用引起的各種變化。一般情況下，核反應是由以一定能量的入射粒子轟擊靶核的方式出現；入射粒子可以是質子、中子、光子、電子、各種介子以及原子核等。核反應通常分為四類：衰變、粒子轟擊、裂變和聚變。在核反應中，質量，能量，動量，角動量和宇稱保持守恒。
1919年英國的E·歐內斯特·盧瑟福首次實現了人工核反應。1934年，居里夫婦第一次實現了產生人工放射性核素的核反應。1942年，芝加哥大學成功啟動了世界上第一座核反應堆——芝加哥一號堆，從此開啟了人類的原子能時代。
核反應是宇宙中普遍存在的重要自然現象，是恒星的能量來源。核反應是產生不穩定核的最重要手段。研究核反應的重要目的之一是獲取核能。
簡史
理論探索
1919年英國的E·歐內斯特·盧瑟福用天然放射性物質的α粒子轟擊氮，首次用人工實現了核反應。1920年，英國物理學家亞瑟·埃丁頓提出太陽的能量來自氫原子核到氦原子核的聚變過程。1928年，美國核物理學家伽莫夫揭示了聚變反應中的庫侖勢壘隧穿效應。1929年，阿特金森和奧特麥斯從理論上計算了氫原子聚變成氦原子的反應條件，指明了熱核聚變研究的方向。1932年，英國科學家考克拉夫和瓦耳頓發明高壓倍加器，并把質子加速到500keV，實現了7Li(p，α）4He核反應，釋放的粒子每一個具有8.9MeV動能。這是第一個在加速器上實現的核反應，也是人類通過核反應實現釋放核能的一個例子。同年，詹姆斯·查德威克利用9Be(α，n)12C 反應，不僅變革了原子核，還發現了中子。
1934年，居里夫婦用27Al（α，n)30P核反應產生了第一個人工放射性核素。同年，馬克·奧利芬特用氫的同位素氘轟擊氘，生成氚，實現首個 D-D 核聚變反應。1936年，奧格·玻爾提出了復合核模型，成功地解釋了很多核反應現象。1938年，貝特證明太陽能源來自氫核聚變成氦核的熱核反應，提出了“碳循環”和“氫循環”核聚變理論。1938~1939 年，德國人哈恩、施特拉斯曼用中子轟擊鈾，發現了核裂變現象，李斯曼特納和弗里希預言了裂變在理論上應伴隨著大量的能量釋放。
實踐應用
1942年12月2日，芝加哥大學成功啟動了世界上第一座核反應堆——芝加哥一號堆，內部成功產生了可控的鈾核裂變鏈式反應，從此開啟了人類的原子能時代。1942年：首次實現D-T反應。普渡大學用氫的同位素氘轟擊同位素氚，實現首個D-T核聚變反應。1952年：首顆氫彈爆炸。在西太平洋埃尼威托克島秘密爆炸了一顆氫彈，標志著人類成功的實現了不可控核聚變。1954年，蘇聯建成了世界上第一座核電站——奧布靈斯克核電站，標志著核電正式進入了商用階段。
定義
核反應是指入射粒子（或原子核）與原子核（稱靶核）碰撞導致原子核狀態發生變化或形成新核的過程。其過程可分為核裂變和核聚變。在反應過程中，質子和中子不斷地交換介子推，產生了強大的核力。核力是使核子組成原子核的作用力，屬于強相互作用力的一類。原子核在其他粒子的轟擊下產生新的原子核，這就是核反應過程。
在核反應中，用于轟擊原子核的粒子稱為入射粒子或轟擊粒子，被轟擊的原子核稱為靶核；核反應發射的粒子稱為出射粒子，反應生成的原子核稱為剩余核或產物核。
核反應一般可以表示為：，或者，這里，分別用和代表單射粒子，靶核，出射輕粒子，和剩余核。它們相應的靜質量和動能分別為和。不管其內部反應如何，根據能量守恒，總有：
。
在核反應的過程中，會產生不同于入射彈核和靶核的新的原子核。因此，核反應是生成各種不穩定原子核的根本途徑。
核裂變
核裂變，又稱核分裂，是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。是指由重的原子，主要是指鈾或鉉，分裂成較輕的原子的一種核反應形式。
核聚變
核聚變是指由質量小的原子，在一定條件下發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。
原理
核反應不是通過一般化學方法所能實現的，而是用到很多近代物理學的實驗技術和理論。
首先要用人工方法產生高能量的核“炮彈”，如筑原子核、氫原子核、免原子核等，利用這些“炮彈”猛烈撞擊別的原子核，從而引起核反應。各種各樣的加速器，都是為了人工產生帶電的高能粒子用作核“炮彈”來進行核反應的。以一定能量的入射粒子轟擊原子核，當入射粒子與原子核的距離接近到10-15米時，兩者之間的相互作用就會引起原子核的各種變化，從而產生不穩新原子核，該新原子核通過放出能量或粒子達到穩定狀態，這種現象稱為“衰變”。
過程
奧格·玻爾提出的復合核模型認為，一般的低能核反應是分兩個階段進行的，第一階段是單射粒子射到靶核中，形成一個新的處于激發態的原子核，稱為復合核。第二階段是復合核發生衰變，放出粒子并形成余核。這樣核反應過程可表示為a+A->c*—B+b，式中的c*表示處于激發態的復合核。
復合核模型的基本思想和液滴模型相同。當入射粒子射入靶核后，就和周圍的核子發生強烈的作用，從而把能量傳給附近的核子，這些核子又把能量傳給自己周圍的核子。當入射粒子在核中穿行時，這一過程很快就擴展到原子核的各個部分，它帶到核中的能量（這包括它在質心系統中的動能和它與靶合結合時的結合能）很快就分配給核中所有的核子。經過多次碰撞，最后核子間的能量傳遞達到動態平衡，單射粒子也留在核中和靶核融為一體，和其他核子沒有什么區別。
大量的實驗研究和理論分析表明，復合核雖然是核反應的一種重要機制，但并不能概括核反應的全部過程。一般認為輕粒子低能核反應是一個三階段過程。核反應的第一階段是入射粒子接近到靶核勢場作用范圍內，一部分受到勢場作用而發生彈性散射，另一部分則被核“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，把核子打出來直接產生了核反應（稱直接反應），也可以是單純地被核吸收而留在核中。這個過程很像光波射到一個灰色玻璃球上，一部分受到玻璃球的反射和折射，另一部分則被玻璃球吸收。描述核反應這一階段的理論模型稱為光學模型。原子核使單射粒子發生散射和吸收的平均勢場則稱為光學勢。入射粒子被吸收后，在頻繁交換能量達到統計平衡而形成復合核之前，和核中的核子只碰撞幾次就可能產生反應，這種過程稱為多步過程或平衡前反應，也叫做預平衡發射。這種反應是介于直接反應和復合核之間的一種中間過程，是入射粒子和靶核相互作用的第二階段發生的反應。第三階段的核反應就是形成復合核并發生衰變。如果衰變時放出的粒子和入射粒子相同，就稱為復合彈性散射，如果不同，則稱為核反應或復合核反應。上述的反應過程和機制只對輕粒子引起的低能核反應適用，高能輕粒子核反應則是以直接反應為主，甚至可將原子核打碎并產生介子等新的粒子。重離子核反應可看成是兩個原子核發生碰撞，反應機制要復雜得多，很多詳細的過程還不十分清楚。
所需條件
要使兩個原子核相互碰撞，它們之中最少有一個原子核具備足夠高的能量(稱為炮彈)，或者兩個原子核都具備足夠高的能量。早期，在實驗室中常用的炮彈有兩種：一種是來自放射源(可以發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射線；第二種是來自離(粒)子加速器的離子束。放射源是早期實驗用的工具，可以是天然的，也可以是人造的。核反應堆中子源是一個常用的中子源。加速器是實驗室使用的大型實驗裝置，它有許多類型，例如高壓倍加器、串列加速器、回旋加速器和同步加速器。
再一個就是需要有合適的靶原子核，一般都會選擇一種由單一的穩定原子核構成的材料，固體的或者是氣體的，制成需要的靶子，以備使用。還有一個不可缺少的條件就是需要有探測粒子和原子核的設備，根據需要，其結構由簡單的一個探測器，或是幾個探測器的組合，更復雜的是由幾種不同類型的探測器組合起來的鑒別系統，如超重核的鑒別系統。
影響核反應的重要因素有三個：反應系統中原子核的質量、炮彈核的速度和瞄準距離。這三個因素可以歸結到角動量中。
相關概念
質心坐標系：
以兩個相互碰撞原子核的質量中心為原點的坐標系。通常實驗者進行核反應研究時，會將待轟擊的靶子豎直固定在一個真空室的中心位置。以這個位置為原點，以炮彈前進的方向為Z軸，X軸在水平面。Z-X 之間的夾角記作θ，Z-Y 之間的夾角記作?。這樣的坐標系就是所謂的實驗室坐標系。在這個坐標系中，可以很方便地記錄炮彈的能量，核反應過程中發射各種粒子的總數及其分布等。
在討論理論問題時，為了理論計算的方便，建立了質心坐標系，即以炮彈和靶原子核的質量中心為坐標原點，以炮彈的運動方向為 Z 軸方向的坐標系。用一套公式，可將實驗室坐標系的測量數據轉換為質心坐標系的數據。
反應截面：
簡單說，反應截面就是炮彈核與靶原子核發生碰撞的概率。假設單位面積上只有一個靶原子核，一個炮彈粒子轟擊這一單位面積時，與這個靶原子核撞上的概率就是反應截面。實際實驗時，已知單位面積上的靶原子核數為N，測定在一定時間內單射到單位面積上的炮彈數目(I )，以及發生反應的數目(N')，一般用σ表示反應截面(概率)，則σ=N'/IN。發生某種核反應的幾率用核反應截面來表征。
核反應中的各種截面均與入射粒子的能量有關，截面隨入射粒子能量的變化關系稱為激發函數，即σ(E)-E的函數關系;與此函數相應的曲線為激發曲線。
反應道
每一種核反應稱為一個反應道。反應道由入射道和出射道構成。入射粒子和靶核組成入射道，出射粒子和剩余核組成出射道。同一單射道可以有若干出射道，同一出射道也可以有若干入射道。
只有滿足質量數、電荷、能量、動量、角動量和宇稱等守恒條件，核反應才能發生，相應的反應道稱為開放的，或簡稱開道，反之為閉道。
反應能
核反應過程總是伴隨著能量的吸收或釋放，前者稱為吸能反應，反者稱為放能反應。反應能常用Q表示。反應能Q應等于反應前后體系總質量之差(以能量為單位)；對Q>0的核反應稱之為放能反應；對于Q<0稱為吸能反應。
反應閾能
對于吸能反應而言，能發生核反應的最小單射粒子動能Ta稱為核反應閾能Tth。為保持動量守恒，入射粒子的動能除了要供給被體系吸收的Q值外，還要提供反應產物的動能，顯然，Ta必須超過Q一定的數值才能發生吸能反應;要使吸能反應能發生，入射粒子在L系中的動能Ta至少等于(ma+mA)/mA×Q，并定義為反應閾能Tth;
反應產額
核反應的產額是入射粒子在靶體引起的核反應數與入射粒子數之比，Y=N/I0;Y與反應截面、靶的厚度、組成等有關;對靶體，不同深度處的核反應截面是不同的。
類型
參考資料
特點
守恒定律
大量實驗表明，在原子核反應過程中，反應系統遵守以下幾個守恒定律：
參考資料
連鎖反應
某些核反應存在連鎖反應的現象，如：U-235和中子的核反應：只要有一個中子轟擊U-235，就會放出3個中子，3個中子再去轟擊U-235就會生成9個中子，這樣連續下去，在幾微秒的時間里，就使反應進行得非常劇烈而放出巨大的能量，具有這種特點的反應，我們稱之為連鎖反應。原子彈的爆炸能夠如此劇烈，就是由于發生了連鎖反應。
主要問題
核反應實際上研究兩類問題:一是研究在能量、動量等守恒的前提下核反應能否發生；二是研究參加反應的各類粒子間的相互作用機制并進而研究核反應發生的概率大小。
應用
軍事
軍事上，利用核裂變反應可以制造原子彈；利用核聚變反應制造氫彈。原子彈和氫彈所發生的核反應具有不可控制性，瞬間釋放的能量會給人類帶來災難。
核能
研究核反應的重要目的之一就是獲取核能。利用可控核反應，建立原子反應堆，,和平利用核能。
參考資料 >
科技名詞丨什么是核反應？.今日頭條.2024-11-20
原子核碰撞的過程——核反應.網易.2024-11-19
原子核的“化學反應”.原子核的“化學反應”.2024-11-19
專項答題 | 關于核能利用，你知道的有多少？.今日頭條.2024-11-19
核聚變有哪些歷史大事件?.國家核安全局.2024-11-19