En física nuclear y química nuclear , una reacción nuclear es un proceso en el que dos núcleos , o un núcleo y una partícula subatómica externa , chocan para producir uno o más nucleidos nuevos . Por tanto, una reacción nuclear debe provocar una transformación de al menos un nucleido en otro. Si un núcleo interactúa con otro núcleo o partícula y luego se separan sin cambiar la naturaleza de ningún nucleido, el proceso se denomina simplemente un tipo de dispersión nuclear , en lugar de reacción nuclear.
En principio, una reacción puede implicar la colisión de más de dos partículas , pero debido a que la probabilidad de que tres o más núcleos se encuentren al mismo tiempo en el mismo lugar es mucho menor que la de dos núcleos, tal evento es excepcionalmente raro (ver triple alfa proceso por ejemplo muy cercano a una reacción nuclear de tres cuerpos). El término "reacción nuclear" puede referirse a un cambio en un nucleido inducido por una colisión con otra partícula o a un cambio espontáneo de un nucleido sin colisión.
Las reacciones nucleares naturales ocurren en la interacción entre los rayos cósmicos y la materia, y las reacciones nucleares pueden emplearse artificialmente para obtener energía nuclear, a un ritmo ajustable, según demanda. Las reacciones nucleares en cadena en materiales fisionables producen fisión nuclear inducida . Varias reacciones de fusión nuclear de elementos ligeros impulsan la producción de energía del Sol y las estrellas.
En 1919, Ernest Rutherford pudo lograr la transmutación de nitrógeno en oxígeno en la Universidad de Manchester, utilizando partículas alfa dirigidas al nitrógeno 14 N + α → 17 O + p. Esta fue la primera observación de una reacción nuclear inducida, es decir, una reacción en la que partículas de una desintegración se utilizan para transformar otro núcleo atómico. Finalmente, en 1932 en la Universidad de Cambridge, los colegas de Rutherford, John Cockcroft y Ernest Walton , lograron una reacción nuclear y una transmutación nuclear totalmente artificiales , quienes utilizaron protones acelerados artificialmente contra el litio-7, para dividir el núcleo en dos partículas alfa. La hazaña se conoció popularmente como "división del átomo ", aunque no se trataba de la moderna reacción de fisión nuclear descubierta más tarde (en 1938) en elementos pesados por los científicos alemanes Otto Hahn , Lise Meitner y Fritz Strassmann . [1]
Las reacciones nucleares se pueden mostrar en una forma similar a las ecuaciones químicas, para las cuales la masa invariante debe equilibrarse para cada lado de la ecuación y en las cuales las transformaciones de partículas deben seguir ciertas leyes de conservación, como la conservación de la carga y el número bariónico ( masa atómica total). número ). A continuación se muestra un ejemplo de esta notación:
Para equilibrar la ecuación anterior de masa, carga y número de masa, el segundo núcleo a la derecha debe tener número atómico 2 y número de masa 4; por tanto, también es helio-4. Por lo tanto, la ecuación completa dice: