具有一定能量的粒子同原子核碰撞，通過相互作用使原子核的狀態發生變化或形成新的原子核的過程。一般反應式寫為A(a，b)B，或簡寫為A(a，b)或(a，b)，式中a表示具有一定能量的入射粒子，如入射粒子也是原子核，則又稱為彈核，A為入射粒子轟擊的目標，稱為靶原子核，簡稱靶核，b為反應後發射的粒子，B為剩餘核。在某些情況下，反應後的產物還可以是三體甚至多體。研究原子核反應對於瞭解原子核的性質、原子核反應機制、新原子核的形成和核技術應用等方面都有重要意義。

　　核反應能量　為瞭描述能量關系，核反應A(a，b)B常寫成如下形式

其中Q為反應中釋放的能量，稱為反應能，Q的數值又稱反應Q值。反應能隨 B和b的種類及其所處的量子態而異，計算方法見核反應能譜學。

　　當反應能Q＞0，表示反應進行時放出能量，稱為放熱反應；而當Q﹤0，則表示反應進行時吸收能量，稱為吸熱反應。對於吸熱反應，隻有入射粒子的動能大於一定數值時，反應才可能發生，這類反應又稱有閾反應。在實驗室坐標系中，反應前體系具有一定的動量，根據動量守恒定律，反應後體系也必須具有相等的動量，即反應後體系還必須具有一定的動能。因此，入射粒子具有的動能除瞭要補償被體系吸收的Q值外，還必須提供給反應產物以必要的動能。在實驗室坐標系中，引起核反應的入射粒子最低動能稱為核反應閾能，閾能E的表示式為

式中mA為靶核的質量，ma為入射粒子的質量。

　　反應道　對於一定的入射粒子和靶核，可能發生多種核反應。例如，對於氘核(d)轟擊12C靶時有

等反應。其中剩餘核的下角標g、1st等分別表示它處於基態、第一激發態等態，出射粒子的下角標0、1等分別表示該出射粒子群同處於基態、第一激發態等態的剩餘核相對應。對於某一特定的反應過程就稱為一個反應道。對於任一組可能的各自處於特定量子態的剩餘核和出射粒子構成一個出射道（通常出射粒子處於基態），類似的，處於特定量子態（通常為基態）的靶核和入射粒子稱為反應的入射道。在A(a，b)B反應中，A、a構成入射道，B、b處在不同的量子態構成各種不同的出射道。當入射道確定時，一個反應道對應一個出射道。有時對它們也不作嚴格的區分。

　　對於同一入射道，產生各個出射道的幾率不相同，這種幾率可隨著入射粒子的能量不同而有差別。在入射粒子能量確定後，在核反應閾能以下的反應道稱為閉道，否則稱為開道。產生各種反應的幾率用核反應截面這個物理量來描述。

　　從測量出射粒子的能譜、激發函數、角分佈、截面絕對值、極化、角關聯以及其他一些物理量，就可以得到核結構和核反應機制方面的很多信息，例如由出射粒子能量可以確定剩餘核能級，從激發函數的共振峰位和共振寬度可測定復合核能級寬度和壽命(見復合核模型)，從角分佈的分析中可以確定核的自旋和宇稱以及反應機制等。

　　核反應類型　核反應按入射粒子的種類可分為中子核反應，光核反應，電子同核的反應，輕離子核反應（指α粒子和比它更輕的離子引起的核反應），重離子核反應(指比α粒子重的離子引起的核反應)等。此外，如π介子、K介子等也能引起核反應。

　　核反應按出射粒子同入射粒子相同與否可分為核散射和核轉變兩類。核散射又根據散射前後系統的總動能相等與否分為彈性散射和非彈性散射兩種。核反應按入射粒子的能量大小可分為低能核反應和中高能核反應，這裡對能量的劃分隻是習慣用語，並沒有明確的分界。

　　核反應中的守恒定律　除瞭能量守恒定律和動量守恒定律外，實驗證明核反應還必須遵循電荷守恒定律、質量守恒定律、角動量守恒定律和宇稱守恒定律。

　　核反應機制　要深入瞭解核反應，必須首先瞭解核反應的機制。對於中子核反應和輕離子核反應，反應進行的過程可以用示意圖來大致說明。

　　當入射粒子進入靶核的作用區域，它或被靶核吸收或被靶核散射。這是反應過程的開始階段，可以用核反應光學模型處理，這一階段發生的反應稱為一步直接反應(或簡稱直接核反應)。隨著反應過程繼續進行，入射粒子可以激發靶核中一個核子、二個核子、多個核子等，或引起整個原子核的集體激發， 如振動、轉動等。也就是反應順序經過一步反應、二步反應、三步反應、……。入射粒子和靶核的復合系統的組態也由初始門態（又稱門檻態）、次級門態、……，變得越來越復雜。這段過程就構成瞭核反應的中間過程。在中間過程的每一步，都可能以發射粒子使反應結束，並且在反應的每一步又可能返回到前一步再發射粒子使反應結束。在整個中間過程中的粒子發射統稱為預平衡發射。

　　入射粒子經過和靶核的核子多次碰撞，充分地交換能量，使動能在整個系統中進行瞭分配。此時已無法區分入射粒子和靶核中的核子，就達到瞭所謂“失去記憶”的統計平衡階段，即形成瞭復合核。復合核通過發射粒子或射線進行衰變。如果復合核發射的是與入射粒子相同的粒子，並且剩餘核處於基態的話，則稱為復合核彈性散射。

　　重離子核反應等其他反應機制，尚有各自的特點，可見重離子核物理等。

　　研究核反應除瞭研究反應機制外，還常用來研究核結構，也就是研究復合核或者剩餘核的核內運動情況。通常用實驗測量結果同各種核結構的微觀理論預言進行比較，以確定各種核狀態。

　　

參考書目

　盧希庭主編：《原子核物理》，原子能出版社，北京，1981。

　P. E. Hodgson， Nuclear Reactions and Nuclear Structure，Clarendon， Oxford， 1971.