Une réaction nucléaire est le processus au cours duquel un ou plusieurs noyaux atomiques sont transformés pour donner des noyaux de masse et/ou de charge différentes. Elle se distingue d'une réaction chimique, qui ne concerne que les électrons ou les liaisons entre les atomes. La réaction chimique conserve les éléments chimiques, alors que la réaction nucléaire transforme un nucléide en un autre. La plupart des réactions nucléaires impliquent l’interaction de deux noyaux ou particules ; certains processus comme la fission spontanée des noyaux lourds ou les radioactivités (alpha, beta et gamma) concernent des noyaux isolés. Le terme « réaction nucléaire » peut donc désigner soit une modification d'un nucléide induite par collision avec une autre particule, soit une modification spontanée d'un noyau sans collision. Il existe une très grande variété de réactions nucléaires, qui sont soit des processus spontanés comme la désintégration radioactive du radium observée par Marie Curie, soit des processus provoqués, tels la fusion nucléaire à l’œuvre dans la nucléosynthèse stellaire, la fission de l’uranium dans les centrales électriques ou les collisions de noyaux dans les accélérateurs de particules. La première observation d'une transformation d'un noyau atomique en un autre a été la découverte et l'étude de la radioactivité naturelle par Frederick Soddy et Ernest Rutherford, en 1903. La première réaction nucléaire « artificielle » entre noyaux a été effectuée par Rutherford en 1919, en bombardant des noyaux d’azote par des particules alpha issues d’une source radioactive. Les noyaux radioactifs sont des sources limitées en nucléides (neutrons, protons, noyaux d’) et en énergie. Les avancées de la physique des réactions nucléaires allait aller de pair avec le développement des accélérateurs et des détecteurs (voir le chapitre V.5 de la référence). Dans un premier temps, les accélérateurs électrostatiques ont été utilisés avec une course vers les hautes tensions (foudre, bobine de Tesla).

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thumb|upright=1.2|Quelques isotopes de l'oxygène, de l'azote et du carbone. On appelle isotopes (d'un certain élément chimique) les nucléides partageant le même nombre de protons (caractéristique de cet élément), mais ayant un nombre de neutrons différent. Autrement dit, si l'on considère deux nucléides dont les nombres de protons sont Z et Z, et les nombres de neutrons N et N, ces nucléides sont dits isotopes si Z = Z et N ≠ N.
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La chimie nucléaire est une sous-catégorie de la chimie traitant de la radioactivité, des radioéléments, des processus et des propriétés nucléaires. Elle peut être divisée en cinq sous-parties. C’est la chimie des éléments radioactifs (éléments chimiques dont tous les isotopes sont radioactifs) tels que les actinides, le technétium, le radium ou le radon, cette chimie étant associée à des équipements spéciaux (tels que les réacteurs nucléaires ou autres...) conçus pour exécuter des processus nucléaires.
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En physique nucléaire, la barrière coulombienne entre deux noyaux atomiques en interaction résulte de la compétition entre deux forces : la force de répulsion électrostatique entre les protons (selon la loi de Coulomb), qui est à longue portée (théoriquement jusqu'à l'infini), et la force nucléaire entre les nucléons (neutrons et protons), qui est fortement attractive mais à courte portée (de l'ordre du femtomètre). Cette barrière détermine les propriétés des processus de fusion et de fission des noyaux atomiques.
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