Reakcje jądrowe, to procesy zachodzące z bezpośrednim udziałem jąder atomowych. Procesy te następują zwykle wskutek zderzania się jąder bądź cząstek z jądrami.  W wyniku zderzenia tworzone są inne jądra i cząstki, produkowane są nowe cząstki, wydzielana jest energia w postaci energii kinetycznej produktów reakcji itp.

Najprostsze reakcje jądrowe zapisujemy schematycznie w postaci

(5.4.1)

gdzie A jest jądrem "bombardowanej" tarczy, a jest cząstką padającą (bombardującą), czyli wywołującą reakcję, B jest jądrem końcowym, powstałym w wyniku reakcji, b jest cząstką powstałą w wyniku reakcji. Ten tradycyjny zapis może być rozumiany obecnie bardziej szeroko, bowiem w reakcjach zachodzących przy wysokich energiach produkowana jest zwykle bardzo wielka liczba nowych cząstek, a jądra zderzające się ulegają rozbiciu na wiele fragmentów jądrowych. W związku z tym pod symbolami B oraz b można rozumieć nie tylko pojedyncze jądra lub cząstki, ale ich grupy emitowane w wyniku reakcji.

Wyróżnia się następujące typy reakcji:

rozproszenie sprężyste:

(5.4.1)

rozproszenie niesprężyste:

(5.4.1)

reakcja właściwa:

(5.4.1)

W rozproszeniu sprężystym niezmieniona pozostaje całkowita energia kinetyczna. W rozproszeniu niesprężystym część energii zużyta zostaje na wzbudzenie jądra-tarczy lub pocisku. We właściwej reakcji jądrowej w końcowym stanie mogą występować cząstki i jądra różne od tych pomiędzy którymi reakcja zachodziła.    

Zasadę zachowania energii w reakcjach jądrowych możemy zapisać w postaci związku

(5.4.1)

gdzie symbolami M i m oznaczyliśmy masy obiektów uczestniczących w reakcji, a  symbol Q oznacza energię reakcji. Gdy wartość Q jest dodatnia, to reakcję nazywamy egzotermiczną. W takim przypadku więcej energii wydziela się w wyniku zajścia reakcji niż jest potrzebne na jej wywołanie. Kiedy wartość Q jest mniejsza od zera, to reakcję nazywamy endotermiczną. Reakcje endotermiczne zachodzą tylko, kiedy przekroczona jest pewna minimalna energia potrzebna do wywołania reakcji. Energia ta zwana jest energią progową.

Reakcje jądrowe stanowią obszerny i niezwykle burzliwie rozwijający się dział fizyki jądrowej. Ich opis wykracza jednak poza ramy podstawowego wykładu fizyki. Ograniczymy się tu do pobieżnego omówienia tylko jednego typu reakcji, który ma utylitarne zastosowanie w energetyce jądrowej tj. reakcji rozszczepienia.

Powiedzieliśmy już, że energia wiązania przypadająca na jeden nukleon jest największa dla jąder o średnich wartościach liczby masowej, , a różnica energii wiązania nukleonów w jądrach o największych liczbach masowych  i  jądrach średnich  wynosi około 1MeV. Wynika z tego, że rozszczepienie ciężkiego (tj o dużym A) i słabiej związanego jądra na dwa mniejsze o podobnych masach i większych energiach wiązania powinno być procesem egzotermicznym. W rezultacie takiego procesu powinna wydzielić się energia równa w przybliżeniu różnicy energii wiązania pomnożonej przez liczbę masową jądra ulegającego rozszczepieniu, czyli około 200MeV. Reakcje takie nie zachodzą jednak spontanicznie. Głównym powodem jest bariera kulombowska, która uniemożliwia samorzutne przenikanie cząstek naładowanych na zewnątrz o czym wspominaliśmy omawiając model gazu Fermiego. Gdyby jednak zmienić relacje pomiędzy różnymi składnikami energii wiązania, zgodnie z modelem kroplowym jądra, to reakcja rozszczepienia mogłaby zajść. Taka zmiana może być stosunkowo łatwo wywołana wskutek pochłonięcia neutronu, dla którego nie istnieje bariera kulombowska.

Przebieg procesu ilustruje Rys.5.4.1. Neutron zostaje pochłonięty przez ciężkie jądro, które wskutek tego doznaje pewnej deformacji, co zmienia w szczególności energie napięcia powierzchniowego i odpychania elektrostatycznego. Kiedy deformacja osiągnie taki stan, że energetycznie wygodniejszy stanie się podział na dwa mniejsze jądra, następuje rozszczepienie a uwolniona energia zamienia się na energię kinetyczną powstałych dwóch lżejszych jąder oraz energie kilku neutronów, które w tym procesie są również emitowane.

Rys.5.4.1. Przebieg procesu rozszczepienia

 Warto zwrócić uwagę, że uwalniana w procesie rozszczepienie energia jest ogromna w porównaniu z energią przemian chemicznych związanych ze zmianami wiązań elektronowych w atomach i cząsteczkach (np. w procesie spalania). W procesie rozszczepienia uwalniana energia wyraża się w megaelektronowoltach (około 200 MeV), podczas gdy w procesie spalania energia uwalniana jest rzędu kilkunastu elektronowoltów. Stosunek tych energii jest więc rzędu miliona !