موضوعات اصلي
تبدیلات خودبخودی یا مصنوعی بعضی از هسته های اتمی به هسته دیگر که نتیجه بهم خوردن ترکیب ساختمان هسته یا تغییر در تعداد نوکلئون ها(ذرات هسته‌ای) است واکنش های هسته‌ای نام دارند.
روش های انجام واکنش های هسته‌ای
تجزیه کامل تمامی هسته‌ها زمانی که بوسیله یک ذره یا انرژی فوق العاده زیاد برخورد کند(یا ذره دیگری جذب کنند) معمولا نوترون است. شکست هسته به دو هسته غیر مساوی توأم با انتشار پروتون، نوترون، ذره آلفا، اشعه گاما و واکنش های ترکیب هسته‌ای که تشکیل یک هسته سنگین تر در اثر تجدید ساختمان هسته عناصر سبک تر که همراه با آزاد شدن مقادیر زیاد انرژی است، صورت می گیرد. انرژی حاصل از واکنش های ترکیب یا(هم جوشی) 8 برابر بیشتر از انرژی هسته‌ای واکنش های شکست هسته‌ای است.
راه های مختلف تولید انرژی هسته‌ای
1- شکافت هسته‌ای؛
شکافت هسته‌ای(Nuclear Fission)
فرض می شود نوترون منفردی به یک قطعه ایزوتوپ 235U نفوذ کند در اثر برخورد به هسته اتم 235U، اورانیوم به دو قسمت شکسته می شود، مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می گردد. در حدود(200Mev) اما مسأله مهم تر این که نتیجه شکستن هسته 235U آزادی دو نوترون است که می تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد. این چهار نوترون نیز چهار هسته 235U را می شکند چهار هسته شکسته شده تولید هشت نوترون می کنند که قادر به شکستن همین تعداد هسته اورانیوم می باشند، سپس شکست هسته‌ای و آزاد شدن نوترون ها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می یابد. در هر دوره تعداد نوترون ها دو برابر می شود، در یک لحظه واکنش زنجیری خود بخودی شکست هسته‌ای شروع می گردد. در واکنش های کنترل شده تعداد شکست در واحد زمان و نیز مقدار انرژی به تدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگهداشته می شود. فرض کنیم یک ذره(a) به یک هسته ساکن(x) برخورد کند در نتیجه در واکنش های هسته‌ای هسته(y) و ذره(b) تولید می شود که این واکنش را بصورت زیر می نویسم: a + x → b + y مراحل شکست 235U: 1n + 235U → 234U → 144Ba+89Kr + 3 1n. در واکنش اخیر در نتیجه برخورد نوترون حرارتی به 235U آن را به 235U تحریک شده تبدیل می کند. نهایتا اورانیوم تحریک شده نیز بعد از شکافت، به باریم و کریپتون و سه تا نوترون تولید می شود.
مواد قابل شکست(Fissionable Materials)
موادی که وقتی تحت تابش نوترون قرار می گیرند انجام یک واکنش شکست هسته ای را ممکن می سازند چنین خاصیتی در عناصر زیر وجود دارد: 239Pu ، 235U ، 235U ، ایزوتوپ 233U ، 235U بطور مصنوعی در راکتورهای هسته‌ای با تاباندن نوترون به 233Th بوجود می آید.
2- همجوشی هسته‌ای. 
محصولات شکست اورانیوم(Uranium Fission Puroduets)
زمانی که هسته اتمی 235U به دو قسمت شکسته می شود عناصر زیر تولید می شوند: استرتیوم 90، کریپتون 91، ایتریوم 91، زیرکونیوم 95، 126I ، 137U، باریم 142، سریم 144 قابل ذکر هستند.
همجوش هسته‌ای(Nuclear Fusion)
همجوشی هسته‌ای عبارت است از اتحاد عناصر سبک برای تشکیل عناصر سنگین تر که نوع واکنش را واکنش همجوشی گویند تا بحال در انفجار بمب هیدروژنی قوی و بسیار خوب تشخیص داده شده است. این واکنش برای انسان چندان مفید نیست و بنابراین دانشمندان بطور جدی کوشش می کنند تا واکنش همجوشی را کنترل کنند یعنی در کیف کاهش سرعت واکنش به درجه‌ای که بتواند برای مقاصد صلح جویانه مفید باشد. در مرحله اول این واکنش ها بصورت کنترل شده برای تولید برق استفاده می شود. هم چنین انرژی تولید شده در این واکنش 8 برابر انرژی تولید شده سر در شکافت هسته‌ای می باشد. منشأ انرژی تابشی خورشید و دیگر ستاره ها یک سری از واکنش های هسته‌ای انرژی زا است. اتم هایی که در این واکنش ها در درون ستاره شرکت می‌کنند کاملا یونیزه‌اند. یعنی تمامی الکترون ها از آن کنده شده است. چنین مجموعه‌ای از ذرات باردا را پلاسما می نامند. دوتریوم و تریتیوم ایزوتوپ های هیدروژن مواد قابل احتراق همجوشی هسته‌ای را تشکیل می دهند. هسته دوتریوم از یک نوترون و یک پروتون تشکیل می یابد. هسته تریتیوم دارای دو نوترون و یک پروتون است.
سوخت های همجوشی
ملاحظات فرآیندهای طبیعی و نتایج حاصل از آن ها نشان داده است که واکنش های همجوشی گوناگونی وجود دارد. از جمله از واکنش های همجوشی هسته‌ای واکنش دوترون با تریتیوم می باشد.
معادله واکنش های همجوشی هسته‌ای
نخستین واکنش همجوشی قابل کنترل توسط رابطه زیر ارائه شد(ترکیب ایزوتوپ های هیدوژن) 2H + 3H → 1n + 4He در این واکنش انرژیی معادل 17.6 Mev آزاد می شود، که از آن می شود در کادبردهای صنعتی و نظامی استفاده نمود.
