ปฏิกิริยานิวเคลียร์ (Nuclear reaction) เป็นปฏิกิริยาที่เกิดในนิวเคลียสของอะตอมของธาตุ แล้วทำให้เกิดธาตุใหม่ที่มีความเสถียรมากขึ้น พร้อมกับเปล่งอนุภาคแอลฟา อนุภาคบีตา หรือรังสีแกมมาออกมา โดยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นนั้นจะไม่เกิดย้อนกลับและไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความดัน หรือตัวเร่งปฏิกิริยา รวมทั้งในการเกิดปฏิกิริยายังมีการปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมาด้วย โดยปฏิกิริยานิวเคลียร์แบ่งออกเป็น 2 ชนิด ได้แก่ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน และปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ดังนี้

1. ปฏิกิริยาฟิชชัน (Fission reaction) คือ กระบวนการที่นิวเคลียสของธาตุหนักบางชนิดถูกยิงด้วยนิวตรอน แล้วเกิดการแตกตัวออกเป็นไอโซโทปของธาตุที่เบากว่า โดยการยิงนิวตรอนเข้าไปที่นิวเคลียสของธาตุหนัก จะทำให้ธาตุนั้นแตกตัวเป็นนิวเคลียสของธาตุใหม่หลายชนิดที่เบาขึ้นและมีความเสถียรมากขึ้น และมีการคายความร้อน (พลังงาน) ออกมาจำนวนมากในรูปของรังสีแกมมา และรังสีชนิดอื่น ๆ พร้อมทั้งยังได้นิวตรอนออกมาอีกจำนวนหนึ่งด้วย ซึ่งนิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่นี้จะไปชนกับนิวเคลียสอื่น ๆ ของธาตุหนักต่อไป ทำให้ปฏิกิริยาฟิชชันเกิดขึ้นแบบต่อเนื่องเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ เช่น เมื่อใช้นิวตรอนยิงไปที่นิวเคลียสของยูเรเนียม – 235 จะเกิดการแตกตัวได้ธาตุใหม่ คือ แบเรียม – 139 กับคริปตอน – 94 หรือแบเรียม – 142 กับคริปตอน – 91 ซึ่งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้

    92235U + 01n ------ >       56139Ba + 3694Kr + 301n + พลังงาน

หรือ    92235U + 01n ------ >        56142Ba + 3691Kr + 301n + พลังงาน

ปฏิกิริยาฟิชชันสามารถเกิดได้กับนิวเคลียสของธาตุหนัก เช่น ยูเรเนียม – 233 ยูเรเนียม – 235 ยูเรเนียม – 238 และพลูโตเนียม – 239 พิจารณาตัวอย่างของปฏิกิริยาฟิชชันต่อไปนี้

92235U + 01n ------ >       56144Ba + 3690Kr + 201n 

นิวตรอนที่เกิดขึ้นใหม่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่จนกระทั่งได้นิวเคลียสที่เสถียร ซึ่งเป็นผลผลิตจากการสลายตัวของธาตุที่มีนิวเคลียสไม่เสถียร เช่น Kr Ba เป็นต้น โดยการคายรังสีบีตา หรือรังสีแกมมาออกมา 

ปฏิกิริยาฟิชชันที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่เหมาะสมจะทำให้เกิดพลังงานมหาศาล จึงได้มีการนำหลักการของปฏิกิริยาฟิชชันนี้เองมาผลิตระเบิดปรมาณูในสงครามโลกครั้งที่ 2 แต่ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ในปฏิกิริยาฟิชชันได้ และนำมาใช้ประโยชน์ทางสันติ เช่น ใช้สร้างเตาปฏิกรณ์ปรมาณู ผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสี เพื่อใช้ในทางการแพทย์ การเกษตร และอุตสาหกรรม ในขณะที่พลังงานที่ได้ก็สามารถนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้อีกด้วย

2. ปฏิกิริยาฟิวชัน (Fusion reaction) คือ ปฏิกิริยาที่เกิดการรวมตัวกันของไอโซโทปที่มีมวลอะตอมต่ำ เกิดเป็นไอโซโทปใหม่ที่มีมวลมากขึ้นกว่าเดิม และปลดปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา ซึ่งโดยทั่วไปจะให้พลังงานมากกว่าปฏิกิริยาฟิชชัน ตัวอย่างปฏิกิริยาฟิวชัน เช่น

        12H + 13H  ------ >       24He + 01n + พลังงาน

        23He + 12H  ------ >      24He + 11H + พลังงาน

        36Li + 12H ------ >       37Li + 11H + พลังงาน

        36Li + 12H        24He + 24He + พลังงาน

ปฏิกิริยาฟิวชันจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงมากเท่านั้น เพื่อเอาชนะแรงผลักระหว่างนิวเคลียสที่จะเข้ามารวมกัน โดยอุณหภูมิที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชันได้จะมีค่าประมาณ 2 x 108 องศาเซลเซียส ซึ่งความร้อนดังกล่าวนี้อาจได้จากปฏิกิริยาฟิชชัน ซึ่งเปรียบเสมือนเป็นชนวนให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน

พลังงานในปฏิกิริยาฟิวชันถ้าควบคุมให้ปล่อยออกมาอย่างช้า ๆ จะเป็นประโยชน์ต่อมนุษย์อย่างมากมาย และมีข้อได้เปรียบกว่าปฏิกิริยาฟิชชัน เนื่องจากสารตั้งต้นเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนซึ่งหาได้ง่าย นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาฟิวชัน ยังเป็นธาตุกัมมันตรังสีที่มีอายุสั้น และมีอันตรายน้อยกว่าผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาฟิชชัน ซึ่งจัดเป็นข้อได้เปรียบในแง่ของสิ่งแวดล้อม และปฏิกิริยาฟิวชันยังเป็นแหล่งของพลังงานมหาศาลที่เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์

ปิตุพร พิมพาเพชร