Hiện tượng phóng xạ là hiện tượng tự phát xảy ra bên trong hạt nhân không chịu ảnh hưởng của môi trường bên ngoài. Các chất phóng xạ tự nhiên thường là những đồng vị hạt nhân nặng tập trụng chủ yếu ở 4 họ phóng xạ mà chúng ta đã xét trước đây. Nhưng ngày nay các chất phóng xạ tự nhiên đã gần như cạn kiệt, nmà ứng dụng của chúng thì có vai trò rất lớn trong đời sống kỹ thuật. Vì vậy cần tạo ra các chất phóng xạ mới có nhiều ứng dụng hữu ích cho con người và phương pháp để tạo ra các hạt nhân phóng xạ mới đó là phương pháp biến đổi nhân tạo hạt nhân, thông qua các phản ứng hạt nhân. Để thực hiện một phản ứng hạt nhân người ta thường dùng một hạt “đạn” có năng lượng lớn để bắn phá các hạt nhân “bia” và có khả năng xảy ra kết quả là:
- Hạt “đạn” chỉđi rất gần hạt nhân “bia” và bị tán xạđàn hồi, mà không gây ra phản ứng hạt nhân, như trường hợp thí nghiệm Ruđopho.
- Hạt đạn xuyên vào bên trong hạt nhân và hạt nhân bắt giữ hạt đạn này, để trở thành một hạt nhân mới. hạt nhân mới này thường là không bền và ngay sau đó tự phân rã để cho ra một hạt nhân mới kèm heo một hạt đạn nhẹ bay ra. Và khi đó một phản ứng hạt nhân đã được thực hiện.
Phản ứng hạt nhân được biểu diễn như sau: (1-1) a: hạt đạn.
X: hạt nhân bia. Y: hạt nhân con.
b: là hạt nhẹ bay ra sau phản ứng.
Phản ứng đầu tiên do con người tạo ra là phản ứng do Ruđơpho thực hiện năm 1919. Khi đó ông chọn hạt a làm đạn để bắn phá hạt nhân Nitơ và phản ứng được viết là:
(1-2) Hạt nhẹ bay ra chính là hạt proton.
Phản ứng hạt nhân trên thoả mãn định luật bảo toàn điện tích, bảo toàn số nuclon, và bảo toàn khối lượng.
Đến năm 1932, các phản ứng hạt nhân đều được thực hiện bởi các hạt a hoặc tia g từ các nguồn phóng xạ tự nhiên. Sau khi có máy gia tốc hạt, người ta đã dùng các hạt được gia tốc để làm đạn. Ví dụ dùng chùm hạt proton có năng lượng 500KeV để bắn phá hạt nhân Li theo phản ứng:
(1-3) Hoặc dùng chùm hạt a để bắn phá hạt nhân Al.
(1-4)
Hạt nhân không bền và phân rã thành đồng vị bền với chu kỳ bán rã 2,6 phút.
(1-5)
Các hạt nhân mới sinhửa sau phản ứng không bền và phân rã tự phát theo định luật phóng xạ là một đặc điểm của nhiều phản ứng hạt nhân. Hiện tượng đó gọi là phóng xạ nhân tạo. Như vậy phản ứng hạt nhân là biện pháp chủ yếu để thu được các đồng vị phóng xạ nhân tạo.
Các phản ứng hạt nhân còn được ký hiệu vắn tắt như sau: X(a,b)Y. (1-6)