As reações nucleares envolvem mudanças na estrutura dos núcleos atômicos, resultando na liberação ou absorção de quantidades significativas de energia. A enorme energia liberada nas reações nucleares pode ser atribuída a vários princípios e processos fundamentais:

1. Equivalência Massa-Energia :
De acordo com a famosa equação de Einstein, E =mc^2, massa e energia são equivalentes, e uma pequena quantidade de massa pode ser convertida em uma grande quantidade de energia. Nas reações nucleares, quando os núcleos atômicos se combinam ou se dividem, ocorre uma ligeira alteração na massa total do sistema. Esta diferença de massa é liberada como energia, seguindo o princípio de equivalência massa-energia.


2. Energia de ligação :
Os núcleos atômicos são mantidos juntos pela força nuclear forte, que é muito mais forte do que a força eletromagnética que liga os elétrons ao núcleo. No entanto, a força forte tem curto alcance e torna-se mais fraca à medida que o número de prótons em um núcleo aumenta. Como resultado, os núcleos mais pesados ​​são menos estáveis ​​e têm menor energia de ligação por núcleo em comparação com os núcleos mais leves.


3. Fissão Nuclear :
Na fissão nuclear, um núcleo pesado, como o urânio-235 ou o plutônio-239, divide-se em dois ou mais núcleos menores. Este processo libera uma quantidade significativa de energia porque a energia total de ligação dos núcleos menores é maior que a do núcleo original mais pesado. A diferença de energia é liberada na forma de energia cinética dos produtos de fissão e nêutrons.


4. Fusão Nuclear :
A fusão nuclear é o processo de combinação de dois ou mais núcleos leves em um núcleo mais pesado. Este processo também libera uma quantidade significativa de energia porque a energia total de ligação do núcleo mais pesado é maior que a dos núcleos mais leves individuais. As reações de fusão são a fonte de energia nas estrelas, incluindo o nosso sol.


5. Reações em cadeia :
Tanto nas reações de fissão quanto nas de fusão, podem ocorrer reações em cadeia, levando à liberação de enorme energia. Nas reações de fissão, os nêutrons produzidos no processo de fissão podem dividir outros núcleos físseis, criando uma reação em cadeia autossustentável. Nas reações de fusão, os produtos de alta energia de uma reação de fusão podem iniciar reações de fusão subsequentes, resultando em uma liberação sustentada de energia.


A energia liberada nas reações nucleares é ordens de magnitude maior do que a liberada nas reações químicas. Isso ocorre porque as reações nucleares envolvem mudanças na estrutura dos núcleos atômicos, enquanto as reações químicas envolvem mudanças no arranjo dos elétrons. A força nuclear forte é muito mais forte que a força eletromagnética, levando à liberação de significativamente mais energia nas reações nucleares.

O potencial de enorme libertação de energia nas reacções nucleares levou ao desenvolvimento de centrais nucleares, que utilizam reacções em cadeia de fissão nuclear controladas para gerar electricidade. A fusão nuclear ainda está em fase experimental, mas tem potencial para fornecer uma fonte virtualmente ilimitada de energia limpa e segura.