Kernreacties

Kernreacties zijn processen waarbij atoomkernen interageren en veranderen in andere kernen, vaak gepaard met de vrijmaking of absorptie van energie. In tegenstelling tot chemische reacties vinden bij kernreacties veranderingen in de kernsamenstelling en in de bindingsenergie plaats, terwijl elektronen en chemische bindingen meestal onveranderd blijven.

Tot de belangrijkste typen behoren fissie (splitsing van een zware kern in twee lichtere kernen, meestal vergezeld van neutronen en energie), fusie (samenvoeging van lichte kernen tot zwaardere, ook met grote energiewinst) en radioactief verval (instabiele kernen veranderen via alfa-, beta- of gammastraling naar stabielere kernen). Daarnaast bestaan reacties zoals neutronenvangst en spallatie, waarbij kernen worden omgezet na inslag van een neutron of hoogenergetische projectielen.

De mechanismen berusten op de sterke kernkracht die kerninteracties mogelijk maakt, aangevuld met elektromagnetische krachten. Bij verval verandert de verhouding tussen protonen en neutronen en kan gamma-emissie optreden. De energiewinst van een kernreactie wordt doorgaans uitgedrukt in Megaelectronvolt (MeV) per kern.

Toepassingen omvatten kernenergieopwekking (fissie in centrales) en de ontwikkeling van toekomstige fusie-energiebronnen, evenals productie van radioisotopen voor geneeskunde en industrie, radiometrische dateringen en onderzoek in de astrofysica.

Veiligheid en regelgeving zijn cruciaal vanwege straling, proliferatie en radioactief afval. Nucleaire installaties vallen onder strenge normen en toezicht, met maatregelen voor beveiliging, afvalbeheer en noodprocedures.

Historisch gezien begon de studie van kernreacties met ontdekkingen over radioactiviteit eind 19e eeuw, gevolgd door bijdragen van Rutherford en Chadwick en de ontwikkeling van kernenergie in de 20e eeuw.