Eine Kernreaktion ist ein physikalischer Prozess, bei dem durch Zusammenstoß eines Atomkerns mit einem anderen Kern oder Teilchen mindestens ein Kern in ein anderes Nuklid und/oder in freie Nukleonen umgewandelt wird. Aus der Gültigkeit des Impulserhaltungssatzes und des Energieerhaltungssatzes für jeden Stoßvorgang ergeben sich bestimmte Eigenschaften und Beschränkungen der Teilchenbewegungen (siehe Kinematik).

Arten

---

Einige Arten von Kernreaktionen:

• Absorption von Strahlung und Teilchen
• Induzierte Kernspaltung (Fission)
• Kernfusion
• Spallation
• Neutronenanlagerung
• Protonenanlagerung

Energietönung

---

Da die Bindungsenergie pro Nukleon in verschiedenen Kernen verschieden ist, haben Kernreaktionen wie chemische Reaktionen eine positive oder negative Energietönung. Bei negativer Energietönung (Endotherme Reaktion) muss das Projektil eine kinetische Energie oberhalb eines Mindestwertes (Schwellenenergie) haben, damit die Reaktion möglich ist; ein Teil der kinetischen Energie wird in den erzeugten Kernen "gespeichert". Exotherme Reaktionen haben positive Energietönung, bei ihnen wird "gespeicherte" Energie in kinetische Energie der erzeugten Kerne/Teilchen verwandelt. Manche exothermen Reaktionen mit einem Neutron als Projektil haben keine Schwellenenergie. Bei exothermen Reaktionen mit geladenen Projektilen ist die Schwellenenergie nur durch die elektrische Abstoßung gegeben und wegen des Tunneleffektes nicht scharf definiert.

Formelschreibweise

---

Um Kernreaktionen zu benennen, bedient man sich oft der folgenden kurzen Schreibweise:

Ausgangskern (Projektil, Ejektil) Endkern

"Projektil" bezeichnet dabei das auslösende Teilchen, das dazu mit meist relativ hoher kinetischer Energie den Kern treffen muss. "Ejektil" steht für das oder die entstehende(n) Teilchen/Kerne außer dem Endkern.

Beispiele:

• Aus einem Atomkern von Silber-107 entsteht unter Einfang eines Neutrons und Aussendung eines γ-Quants Silber-108:

¹⁰⁷Ag(n,γ)¹⁰⁸Ag

• zwei Helium-3-Kerne verschmelzen zu einem Helium-4-Kern und senden dabei zwei Protonen aus:

³He(³He,2p)⁴He

• Ein Lithium-6-Kern absorbiert ein Neutron und geht dadurch über in ein Triton und einen Helium-4-Kern:

⁶Li(n,t)⁴He

Ein Sonderfall ist die Kernspaltung. Eine bestimmte Spaltungsreaktion (z.B. die erste bekannte, von Otto Hahn und Mitarbeitern entdeckte) lässt sich als ²³⁵U(n, ⁹⁵Kr)¹⁴⁰Ba schreiben. Wenn jedoch - wie in der Praxis häufig - nicht interessiert, welches der vielen möglichen Paare von Spaltprodukten entsteht, wird einfach ²³⁵U(n,f) geschrieben (f für engl. fission, Spaltung). Ausführlicher können Kernreaktionen analog einer chemischen Gleichung geschrieben werden:

Ausgangskern + Projektil -> Endkern + Ejektil + Q

Q (manchmal auch weggelassen) steht für die Energietönung. Das dritte der oben genannten Beispiele, der Brutprozess im Blanket eines Fusionsreaktors, lautet so geschrieben: $\backslash \; ^6Li\; \backslash \; +\; \backslash \; n\; \backslash \; \backslash rightarrow\; \backslash \; ^4He\; \backslash \; +\; \backslash \; ^3H\; \backslash \; +\; \backslash \; 4,78\; \backslash ;\; MeV\; \backslash \; \backslash$

Einordnung

---

Mit der Erforschung von Kernreaktionen befassen sich vor allem die Kernphysik und die Teilchenphysik. Eine wichtige Rolle spielen sie bei der Entstehung der Nuklide, s. Astrophysik, Kosmochemie. Anwendungen gibt es z.B. in der Energietechnik, s. Kernreaktor, Fusionsreaktor, und der Medizintechnik (Herstellung von Radionukliden für Nuklearmedizin und Strahlentherapie).

Kernphysik

Reacció nuclear | Nuclear reaction | Procesos nucleares | Réaction nucléaire | Reaksi nuklir | 原子核反応 | Branduolinė reakcija | Kernreactie | Reação nuclear | Ядерная реакция